硒如何改善碲化镉薄膜太阳能电池的性能


来源:   时间:2020-06-19 16:24:16


一排排蓝色的太阳能电池板散布着风景和屋顶,通常是由晶体硅制成的,而晶体硅是几乎所有电子设备中都能找到的主力半导体。

在过去的十年中,科罗拉多州立大学的研究人员通过制造和测试超越硅功能的新材料,引​​领了开拓性研究,以提高太阳能的性能和成本。他们专注于显示出有望替代硅的材料,即碲化镉。

通过与英国拉夫堡大学的合作伙伴的合作,CSU国家科学基金会支持的下一代光伏中心的研究人员报告了一项关键突破,即如何通过添加另一种碲化镉薄膜太阳能电池来进一步提高其性能。材料,硒。他们的结果发表在本月初的《自然能源》杂志上,是“新闻与观点”文章的主题。

硒如何改善碲化镉薄膜太阳能电池的性能

下一代光伏中心主任,机械工程学系副研究教授Kurt Barth说:“我们的论文对将硒与碲化镉合金化会发生什么有了基本的了解。”

到目前为止,人们还不清楚为什么硒的添加使碲化镉镉太阳能电池的效率(能量输出与光输入的比率)刚刚超过22%,达到了创纪录的水平。Barth和一个国际团队与CSU合作伙伴WS Sampath和Amit Munshi一起解决了这个谜。他们的实验表明,硒克服了碲化镉晶体中原子尺度缺陷的影响,为更广泛,更便宜的太阳能发电提供了一条新途径。

CSU团队在实验室制造的碲化镉薄膜使用的材料比传统硅太阳能电池板少100倍。因此,它们更易于制造,并且吸收接近理想波长的阳光。碲化镉光伏电池产生的电能是太阳能行业中成本最低的,这削弱了世界许多地区基于化石燃料的能源。

根据该论文,当太阳光照射到经过硒处理的太阳能电池板上时产生的电子不太可能在材料的缺陷处被捕获和丢失,该缺陷位于晶粒长大时位于晶粒之间的边界处。这增加了从每个太阳能电池提取的电量。通过使用先进的沉积方法在CSU制造的材料,该团队通过测量含硒板发出的光量发现了这种意外行为。

由于硒在面板上的分布不均匀,他们比较了从几乎没有硒存在的区域和硒非常集中的区域发出的发光。

该论文的主要作者,博士学位的汤姆·菲迪奇亚(Tom Fiducia)表示:“无缺陷的优质太阳能电池材料非常有效地发光,因此发出强烈的光。”拉夫堡大学的学生,与迈克尔·沃尔斯教授一起工作。“当您看到数据时,富硒区域的发光强度要比纯碲化镉高得多,而且效果非常明显。”

自2009年以来,美国国家科学基金会一直支持CSU的下一代光伏中心的工作。

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