盧森堡大學翻轉 20 年來的太陽能假設,重新解釋鈉元素作用之謎

發佈日期: 2018 年 03 月 26 日 18:51 | 作者: | 分類: 產業資訊

為了增強太陽能電池的發電效率,盧森堡大學重新回顧太陽能製造過程,並進一步理解鈉元素在太陽能製程中的作用,且駁斥研究人員與製造廠商20年來的太陽能化學製程假設(assumption)。

太陽能電池是一種利用太陽光直接發電的半導體薄片,藉由光電轉換效應產生電流,其中CIGS薄膜太陽能板為新一代備受矚目的技術之一,其可撓式與低成本為主要優勢,利用不同化學元素沉積在玻璃基板上,讓太陽能電池能一層一層逐漸「增長」。

以往科學家為了增加薄膜太陽能電池的轉換效率,會在光吸收層(light absorbing layer)加入鈉元素,且避免鈉與其他元素相互作用,影響鎵和銦的混合導致光吸收層不均勻,通常科學家與製造商都在薄膜磊晶完成之後才添入鈉元素。

而盧森堡大學物理與材料科學研究組人員與其他四位國際研究者為了了解箇中細節,製造一個更為嚴苛的磊晶環境。根據以往的製程與研究,光吸收層多由數千個單獨晶粒組成,團隊則反其道而行,製作一個單獨晶粒組成的吸光層。

團隊研究發現,假如吸光層僅由一個顆粒組成,添加少量的鈉有助於均勻晶內元素分布。伊比利亞國際納米技術實驗室(INL)研究員Diego Colombara表示,這項結果與20多年來的研究相悖,以往研究指出,如果在多顆晶粒組成的吸光層添入鈉元素,大多會導致分布不均勻與降低光電效率。

研究指出,鈉元素具有「雙重效果」,可促使鎵和銦晶粒內擴散(intragrain diffusion),也可以透過晶界分離(grain boundary)來抑制晶粒內擴散,意味著該元素能讓晶粒內的元素均勻,但是它會減緩晶粒之間的相互作用。

盧森堡能源材料研究室( Laboratory for Energy Materials)負責人Phillip Dale教授表示,這項發現讓我們重新反思太陽能的化學生產過程,未來可望進一步改進薄膜太陽能電池的製程。該研究已發表在《自然通訊(Nature Communications)》。(文/DaisyChuang)

(首圖來源:盧森堡大學

announcements 線上投稿     mail 列印
Share