鉅大LARGE | 點擊量：429次 | 2022年09月05日
氯氣為何可以大幅提高碲化鎘太陽能電池的效率，答案找到了
硅基太陽能組件在目前的市場上占主導地位。然而，它們價格昂貴，而且碳足跡高。
新一代的模塊正在出現，使用一種被稱為碲化鎘（CdTe）的化學物質，并且已經安裝了超過2500萬千瓦。
專家們正在尋求提高碲化鎘組件的效率，因為它有可能在效率上具有競爭力，但其制造成本卻低于硅基組件，后者使用單晶硅（c-Si）。碲化鎘的碳足跡也只有晶體硅組件的一半，而且可以保證碲化鎘組件的報廢回收。
未經處理的碲化鎘的效率非常低，通常只有1%左右。然而，當碲化鎘經過氯氣處理后，其效率急劇上升。可得到創紀錄的效率為22%。
到目前為止，人們對氯氣如何或為什么會如此大幅度地提高效率并不完全了解。
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拉夫堡大學的PoojaGoddard博士和RogerSmith教授，以及PeterHatton博士和MichaelWatts博士（拉夫堡大學的博士畢業生），首次對氯氣提高碲化鎘效率的機制進行了建模。這項研究是與設在拉夫堡可再生能源系統技術中心（CREST）的MikeWalls教授的實驗研究小組共同進行的。
近日發表在《自然-通訊》上的研究結果，可以提高對氯氣如何增強電氣性能的理解，并可以進一步的調整，使效率更高（>25%），這將有助于碲化鎘太陽能組件生產更低成本的電力。
研究結果和缺失的部分
當試圖理解為什么氯氣能提高效率時，以前研究的主要觀察結果是，被稱為堆積故障的缺陷在氯氣處理后被去除。
長期以來，人們認為堆積故障的消除是效率提高的原因。然而，拉夫堡小組的理論計算表明，堆疊故障對電池效率沒有影響。
該小組以前的研究表明，相反，被稱為晶界的材料區域，即不同方向的晶體連接在一起的地方，是造成電池效率低下的原因。
在他們的最新研究中，戈達德博士的小組使用量子力學方法來了解氯在提高效率和消除堆積斷層中的作用。
晶界是非常復雜的，充滿了缺陷，可以作為電子（亞原子粒子，作為固體中電力的主要載體）的陷阱，使這些區域變得活躍。在一個被稱為鈍化的過程中，氯能夠使一些陷阱失活，使晶界變得不那么活躍，從而提高碲化鎘的效率。缺少的部分是了解堆積斷層如何消失。
新論文顯示，如果晶界中有足夠的氯，就會觸發一種級聯機制，從結構上消除堆積斷層。
盡管堆積斷層的消失并不是導致效率提高的原因，但如果它們消失了，那么這就是碲化鎘電池將有良好性能的信號。當被問及這篇論文的重要性時，戈達德博士說：這一點以前從未被證明過。我們非常高興我們的工作發表在《自然通訊》上，它展示了我們關于氯氣如何不僅能夠提高碲化鎘電池的效率，而且能夠消除關鍵缺陷的假設。
戈達德博士說他們下一步將研究如何通過在碲化鎘中摻入其他元素來進一步提高效率，以推動效率達到25%以上。我們與CREST正在進行的合作也將著眼于優化碲化鎘和前后觸點之間的界面。效率的每一個小的提高都意味著該技術對目前的硅技術越來越有競爭力。
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