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经过40年的研究,科学家发现了太阳能电池板效率的关键缺陷

太阳能电池板是一项了不起的技术,但我们需要研究出如何让它们更有效率——科学家们刚刚解开了一个40年前的谜团,这个谜团围绕着提高效率的一个关键障碍。

一项新的研究概述了用于生产太阳能电池的硅的一种材料缺陷,这种缺陷以前没有被发现。这可能是太阳能电池在使用的头几个小时内效率下降2%的原因:光诱导降解(LID)。

再乘以世界各地太阳能发电厂安装的太阳能电池板数量的增加,这一降幅相当于不可再生能源必须弥补的千兆瓦的巨大成本。

事实上,据估计,LID在全球范围内造成的效率损失相当于英国15座核电站的发电量。这项新发现可以帮助科学家弥补部分不足。

“由于环境和财政影响,在过去的四十年里,太阳能电池板的‘效率下降’一直是科学和工程领域的热门话题,”其中一名研究人员、英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的托尼•皮克(Tony Peaker)表示。

“然而,尽管业内一些最优秀的人才在致力于解决这个问题,但直到现在,这个问题一直顽固地拒绝得到解决。”

为了找到过去四十年来270篇研究论文无法确定的东西,最新的研究使用了一种被称为深能级瞬态光谱(DLTS)的光电技术来发现硅的弱点。

DLTS分析发现:当太阳能电池中的电荷从阳光中转换时,电子的流动就会被捕获;反过来,这又降低了可生产的电力水平。

研究小组发现,这种缺陷在太阳能电池板受热之前处于休眠状态。

“我们已经证明了这个缺陷的存在,现在需要的是一个工程上的修复,”来自曼彻斯特大学的研究人员伊恩·克罗(Iain Crowe)说。

研究人员还发现,高质量的硅具有更长的“寿命”的载流子(携带光子能量的电子),这支持了这些陷阱与效率下降有关的观点。

更重要的是,在黑暗中加热材料,这一过程通常用于去除硅的陷阱,似乎可以逆转这种降解。

提高太阳能电池板效率的工作还在继续,实验室里不断取得突破,《自然》杂志也提供了许多提高效率的建议。既然光引起的退化之谜已经被解开,全球的太阳能发电厂都应该从中受益。

Peaker说:“绝对的2%的效率下降似乎不是什么大问题,但是当你考虑到这些太阳能电池板现在在全球能源需求中所占的比例呈指数级增长时,这是发电能力的重大损失。”

这项研究发表在《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)上。

sciencealert

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