解開逾 40 年光衰減謎團,矽太陽轉換效率研究再獲進展

發佈日期: 2019 年 06 月 11 日 10:38 | 作者: | 分類: 產業資訊

太陽能板一被陽光照射,通常都逃不開性能下降的命運,這便是惡名昭彰的初始光衰(LID)現象,不過最近英國曼徹斯特大學成功揭開背後謎團,有望解決困擾全世界科學家 40 年之久的問題。

太陽能安裝幾小時後,轉換效率大多會下降 2% 左右,雖然以單片模組來看可能沒什麼,但是隨著太陽能裝置量增加,損失的發電量就會積少成多,最終變成難以忽略的重大損失。

目前市面上太陽能電池大多是由 P 型摻硼矽晶體製造,但當太陽能照射到電池,其中的硼會跟氧原子結合成載子再結合中心,為硼−氧對(Boron-oxygen Pair)產生的缺陷,會減少太陽能電池電荷載子壽命,進而影響電池轉換效率。

過去 40 年來各國科學家都想要解決這項難題,更有 270 篇論文認為這是個「不可能的任務」,對此英國曼徹斯特大學團隊想要一探光衰減背後謎團,並藉由特殊光電技術深階暫態能譜(deep level transient spectroscopy,DLTS),來尋找是否有解決辦法。

在實驗中,團隊首次發現前所未見也前所未聞的材料缺陷,研究指出,它就如同潛伏期的病毒,缺陷早在矽晶電池製造之初就已存在,當電池捕獲光、將陽光轉換成電時,雖然會轉換太陽能電池中大部分的電荷,但也會驅動太陽能電池中的陷阱(trap),阻止電池產生的光生載流子流動。

光生載流子的流動跟太陽能板電流大小息息相關,曼徹斯特大學電機與電子工程學院材料、設備與系統研究處副教授 Iain Crowe 表示,只要擋了光生載流子的路就會影響太陽能轉換效率以及發電量,目前團隊則已經證明缺陷的存在,並認為高品質的矽料也是延長電荷載子壽命的關鍵要點,未來就是需要去解決問題。

團隊也發現,光照下缺陷轉換後,雖然電荷載子的壽命顯著下降,但這種反應是可逆的,只要在黑暗中加熱材料,電荷載子的壽命會再次延長,目前研究已發表在《Journal of Applied Physics》。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:曼徹斯特大學

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