通過(guò)基于深度的特性分析提高太陽(yáng)能電池的效率

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DGIST研究小組根據(jù)鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池的導(dǎo)納光譜，提出吸收層中的缺陷能級(jí)會(huì)降低薄膜太陽(yáng)能電池的性能。該團(tuán)隊(duì)還在與仁川國(guó)立大學(xué)物理系教授KimJun-Ho的聯(lián)合研究中確定了缺陷的具體類型。

太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)發(fā)電，是一種可持續(xù)的可再生能源，在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見(jiàn)。尤其是鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池，由銅、鋅、錫、硫、硒等地球儲(chǔ)量豐富的元素組成，具有解決資源集中或供需不穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。

然而，鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池的低效率是構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和擴(kuò)大這些電池市場(chǎng)必須克服的缺點(diǎn)。為了克服低效率，了解鋅黃錫礦光吸收層中的缺陷特性至關(guān)重要。

太陽(yáng)能電池吸光層中的缺陷會(huì)導(dǎo)致載流子(電子和空穴)復(fù)合損失，缺陷簇會(huì)改變吸光層中的帶隙(能量吸收帶);這縮短了擴(kuò)散長(zhǎng)度和載流子壽命。因此，識(shí)別影響這些屬性的缺陷或缺陷簇至關(guān)重要。

本研究基于導(dǎo)納光譜(AS)觀察了鋅黃錫礦拋光表面光深度依賴性吸收層中缺陷和缺陷簇的特性。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，光吸收層中元素變化較大的區(qū)域更容易形成缺陷和缺陷簇。深能級(jí)超過(guò)150meV的缺陷會(huì)嚴(yán)重惡化鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池的性能。

由于鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池中載流子的遷移率較低，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著光吸收層表面缺陷能級(jí)的加深，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短，導(dǎo)致電流特性下降。因此，他們認(rèn)為性能下降的主要原因是由于缺陷引起的帶隙波動(dòng)幅度較大，導(dǎo)致載流子復(fù)合增加和載流子壽命縮短，從而降低了電壓和電流性能。

這項(xiàng)研究具有重要意義，因?yàn)樗砻鞣乐乖诠馕諏咏缑嫣幮纬删哂猩钅芗?jí)的缺陷對(duì)于提高鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池的效率至關(guān)重要;它根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了超過(guò)150meV的深主要缺陷能級(jí)范圍，并確定了具體的缺陷類型。

DGIST能源技術(shù)部高級(jí)研究員YangKee-Jeong說(shuō)：“這項(xiàng)研究的方法有望為了解缺陷特性和提高效率的研究提供方向，不僅適用于鋅黃錫礦薄膜太陽(yáng)能電池，也適用于其他類型的太陽(yáng)能電池”

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