研究人員對太陽能材料的高能效有了關鍵的了解

點綴在風景和屋頂上的一排排藍色太陽能電池板通常是由晶體硅制成的。晶體硅是幾乎所有電子設備中都有的一種常用半導體材料。

在過去的十年中，科羅拉多州立大學的研究人員通過制造和測試超越硅能力的新材料，引領了改善太陽能性能和成本的開創性研究。他們專注于一種有望取代硅的材料，即碲化鎘。

在與英國拉夫堡大學的合作伙伴的合作中，CSU國家科學基金會支持的下一代光伏研究中心的研究人員報告了一個關鍵的突破，即碲化鎘薄膜太陽能電池的性能如何通過添加另一種材料硒得到進一步改善。他們的研究結果發表在本月早些時候的《自然能源》雜志上，并成為一篇“新聞與觀點”文章的主題。

“我們的論文直接涉及到對碲化鎘和硒的合金化反應的基本理解，”新一代光伏中心主任、機械工程系副教授庫爾特·巴特(Kurt Barth)說。

到目前為止，人們還不太清楚為什么硒的添加打破了碲化鎘太陽能電池效率的記錄——能量輸出與光輸入的比率——剛剛超過22%。Barth和他的合作者W.S. Sampath、Amit Munshi以及一個國際團隊一起解開了這個謎團。他們的實驗表明，硒克服了碲化鎘晶體中原子級缺陷的影響，為更廣泛、更便宜的太陽能發電提供了一條新途徑。

CSU團隊在實驗室中制作的碲化鎘薄膜的材料用量是傳統硅太陽能板的100倍。因此，它們更容易制造，而且它們吸收的陽光幾乎是理想的波長。碲化鎘光伏電池生產的電力是太陽能產業中成本最低的，在世界許多地區都低于化石燃料。

根據這篇論文，當陽光照射經過硒處理的太陽能電池板時產生的電子不太可能在材料的缺陷處被捕獲和丟失，這些缺陷位于晶體顆粒生長時的邊界處。這增加了從每個太陽能電池中提取的能量。通過使用先進的沉積方法在CSU制造材料，該團隊通過測量含硒面板發出的光量發現了這一意想不到的行為。

由于硒并不是均勻地分布在面板上，他們比較了硒含量很少甚至沒有的區域和硒含量非常高的區域發出的熒光。

這篇論文的主要作者、拉夫堡大學的博士生湯姆·菲德西亞(Tom Fiducia)與邁克爾·沃爾斯(Michael Walls)教授一起工作。“當你看到富硒地區的亮度比純碲化鎘高得多的數據時，你就會發現這是非常明顯的，而且這種效應非常強。”