太陽能電池缺陷之謎終於揭開，曼徹斯特大學科學家在世界各地進行了40年的研究後，終於解決了太陽能電池板的一個關鍵缺陷。由於太陽能電池板的相對成本和消費者的可用性，它是最可用的可再生能源發電系統之一。然而，大多數太陽能電池只能達到20%的效率——每千瓦的等效陽光，大約可以產生200W的電能。目前，一個國際研究小組已經解決了限制和降低太陽能電池效率的材料缺陷這一關鍵基本問題。
這個問題已經被人們所知和研究了40多年，有270多篇研究論文認為這個問題沒有解決方案。這項新研究首次發現了一種此前未知的材料缺陷，這種缺陷限制了矽太陽能電池的效率。協調這項研究的托尼?皮克爾教授表示：由於環境和財政影響，太陽能電池板的‘效率下降’在過去40年裡一直是科學界和工程界非常感興趣的話題。然而，儘管業內一些最優秀的人才在努力解決這個問題。
但直到現在，這個問題一直頑固地拒絕得到解決。在安裝後的最初幾個小時裡，太陽能電池板的效率從20%下降到18%左右。百分之二的絕對效率下降似乎不是什麽大問題，但是當你考慮到這些太陽能電池板現在在全球能源需求中所佔的比例呈指數級增長時，這是發電能力的重大損失。全球太陽能裝機容量10億千瓦缺口所造成的能源成本，相當於英國15座核電站總產能的總和。
因此，太陽能的短缺必須由其他可持續性較差的能源來填補，例如燃燒化石燃料。研究人員採用的多學科實驗和理論方法確定了光誘導降解(LID)機制。該團隊結合了一種被稱為“深層瞬態光譜學”(deep-level transient, DLTS)的特殊光電技術，發現了一種材料缺陷的存在，這種缺陷最初潛伏在用於製造電池的矽材料中。矽太陽能電池內部的電荷在陽光下被轉化，這是其能量產生過程的一部分。
研究小組發現，這種轉變涉及一個非常有效的“陷阱”，可以阻止光產生的載流子(電子)流動。Iain Crowe博士說：這種電子的流動決定了太陽能電池向電路傳輸電流大小，任何阻礙它的東西都會有效地降低太陽能電池效率，以及在給定的陽光水準下可以產生的電量，現在我們已經證明了缺陷的存在，現在需要的是工程修複。
用於確定矽材料質量的工業標準技術測量了載流子壽命，高質量材料的載流子壽命更長，“陷阱”更少。曼徹斯特大學Matthew Halsall教授領導的研究人員發現，觀察結果與電荷載體壽命有很強的相關性，在光照下缺陷轉化後，電荷載體的壽命顯著降低。這種效果是可逆的，當材料在黑暗中加熱時，壽命再次增加，這是一種通常用來消除“陷阱”的過程。其研究成果發表在《應用物理學》上。
博科園｜研究/來自：曼徹斯特大學
參考期刊《Journal of Applied Physics》
DOI: 10.1063/1.5091759
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