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解开逾 40 年光衰减谜团,硅太阳转换效率研究再获进展

2024-11-02 205

太阳能板一被阳光照射,通常都逃不开性能下降的命运,这便是恶名昭彰的初始光衰(LID)现象,不过最近英国曼彻斯特大学成功揭开背后谜团,有望解决困扰全世界科学家 40 年之久的问题。

太阳能安装几小时后,转换效率大多会下降 2% 左右,虽然以单片模组来看可能没什么,但是随着太阳能装置量增加,损失的发电量就会积少成多,最终变成难以忽略的重大损失。

目前市面上太阳能电池大多是由 P 型掺硼硅晶体制造,但当太阳能照射到电池,其中的硼会跟氧原子结合成载子再结合中心,为硼−氧对(Boron-oxygen Pair)产生的缺陷,会减少太阳能电池电荷载子寿命,进而影响电池转换效率。

过去 40 年来各国科学家都想要解决这项难题,更有 270 篇论文认为这是个“不可能的任务”,对此英国曼彻斯特大学团队想要一探光衰减背后谜团,并借由特殊光电技术深阶暂态能谱(deep level transient spectroscopy,DLTS),来寻找是否有解决办法。

在实验中,团队首次发现前所未见也前所未闻的材料缺陷,研究指出,它就如同潜伏期的病毒,缺陷早在硅晶电池制造之初就已存在,当电池捕获光、将阳光转换成电时,虽然会转换太阳能电池中大部分的电荷,但也会驱动太阳能电池中的陷阱(trap),阻止电池产生的光生载流子流动。

光生载流子的流动跟太阳能板电流大小息息相关,曼彻斯特大学电机与电子工程学院材料、设备与系统研究处副教授 Iain Crowe 表示,只要挡了光生载流子的路就会影响太阳能转换效率以及发电量,目前团队则已经证明缺陷的存在,并认为高品质的硅料也是延长电荷载子寿命的关键要点,未来就是需要去解决问题。

团队也发现,光照下缺陷转换后,虽然电荷载子的寿命显著下降,但这种反应是可逆的,只要在黑暗中加热材料,电荷载子的寿命会再次延长,目前研究已发表在《Journal of Applied Physics》。

  • Solar cell defect mystery solved after decades of global effort

(首图来源:曼彻斯特大学)

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2019-06-09 06:50:00

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