协调这项研究的托尼•皮克尔教授表示:由于环境和财政影响,太阳能电池板的‘效率下降’在过去40年里一直是科学界和工程界非常感兴趣的话题。在安装完成后的最初几个小时里,光伏组件的效率会从20%下降到18%左右,然而,尽管这个问题已经被人们研究了40多年,有270多篇研究论文认为这个问题没有解决方案。这项新研究首次发现了一种此前未知的材料缺陷,这种缺陷限制了硅太阳能电池的效率。
研究人员采用的多学科实验和理论方法确定了光诱导降解(LID)机制。该团队结合了一种被称为“深层瞬态光谱学”(deep-level transient, DLTS)的特殊光电技术,发现了一种材料缺陷的存在,这种缺陷最初潜伏在用于制造电池的硅材料中。硅太阳能电池内部的电荷在阳光下被转化,这是其能量产生过程的一部分。
研究小组发现,这种转变涉及一个非常有效的“陷阱”,可以阻止光产生的载流子(电子)流动。Iain Crowe博士说:这种电子的流动决定了太阳能电池向电路传输电流大小,任何阻碍它的东西都会有效地降低太阳能电池效率,以及在给定的阳光水平下可以产生的电量,现在我们已经证明了缺陷的存在,现在需要的是工程修复。
用于确定硅材料质量的工业标准技术测量了载流子寿命,高质量材料的载流子寿命更长,“陷阱”更少。曼彻斯特大学Matthew Halsall教授领导的研究人员发现,观察结果与电荷载体寿命有很强的相关性,在光照下缺陷转化后,电荷载体的寿命显著降低。这种效果是可逆的,当材料在黑暗中加热时,寿命再次增加,这是一种通常用来消除“陷阱”的过程。其研究成果发表在《应用物理学》上。