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編者按：近年來(lái)，光伏等可再生能源的利用越來(lái)越受到重視，技術(shù)方面也在不斷的提高。在經(jīng)過(guò)近40年的研究后，曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)解決了限制和降低太陽(yáng)能電池效率的材料缺陷。據(jù)研究首次發(fā)現(xiàn)了此前未被發(fā)現(xiàn)的材料缺陷，這種缺陷限制了硅太陽(yáng)能電池的效率，讓其效率從20%下降到18%左右。

曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行了近40年的研究后，終于解決了太陽(yáng)能電池板的一個(gè)關(guān)鍵缺陷。由于其相對(duì)成本和消費(fèi)者可獲得性，光伏發(fā)電是目前最流行的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)之一。然而，大多數(shù)太陽(yáng)能電池只能達(dá)到20%的效率。

目前，一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)解決了導(dǎo)致限制和降低太陽(yáng)能電池效率的材料缺陷這一關(guān)鍵性問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)和研究了40多年，有270多篇研究論文認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有解決方案。這項(xiàng)新研究首次發(fā)現(xiàn)了一種此前未知的材料缺陷，正是這種缺陷限制了硅太陽(yáng)能電池的效率。

“由于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，在過(guò)去40年里，太陽(yáng)能電池板的‘效率下降’一直是許多科學(xué)和工程領(lǐng)域感興趣的話題，”托尼?皮克教授表示。然而，盡管業(yè)內(nèi)一些最優(yōu)秀的人才在致力于解決這個(gè)問(wèn)題，但直到現(xiàn)在，這個(gè)問(wèn)題一直未得到有效解決。在安裝完成后的最初幾個(gè)小時(shí)里，太陽(yáng)能電池板的效率會(huì)從20%下降到18%左右。百分之二的絕對(duì)效率下降似乎不是什么大問(wèn)題，但是當(dāng)你考慮到這些太陽(yáng)能電池板目前在全球能源需求中所占的比例呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)時(shí)，這會(huì)是發(fā)電能力的重大損失。”

全球太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量10GW缺口所造成的能源成本，相當(dāng)于英國(guó)15座核電站產(chǎn)能的總和。因此，太陽(yáng)能的短缺必須由其他可持續(xù)性較差的能源來(lái)填補(bǔ)，例如燃燒化石燃料。

研究人員采用的多學(xué)科實(shí)驗(yàn)和理論方法確定了光誘導(dǎo)降解(LID)的機(jī)制。該團(tuán)隊(duì)結(jié)合了一種被稱為“深層瞬態(tài)光譜學(xué)”(DLTS)的特殊光電技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了一種材料缺陷的存在，這種缺陷最初潛伏在用于制造電池的硅中。

硅太陽(yáng)能電池內(nèi)部的電荷在陽(yáng)光下被轉(zhuǎn)化，這是其能量產(chǎn)生過(guò)程的一部分。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變涉及一個(gè)缺陷，可以阻止光產(chǎn)生的載流子(電子)的流動(dòng)。

Iain Crowe博士補(bǔ)充說(shuō)：“這種電子流動(dòng)決定了太陽(yáng)能電池能夠傳輸?shù)诫娐分械碾娏鞯拇笮　Ｈ魏巫璧K它的東西都會(huì)有效地降低太陽(yáng)能電池的效率，以及在一定的日照水平下可以產(chǎn)生的電量。我們已經(jīng)證明了該缺陷的存在，現(xiàn)在需要的是工程修復(fù)。”

用于確定硅材料質(zhì)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測(cè)量了載流子的壽命，在低缺陷的高質(zhì)量材料中載流子的壽命更長(zhǎng)。曼徹斯特大學(xué)的Matthew Halsall教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的觀察結(jié)果與電荷載體的壽命有很強(qiáng)的相關(guān)性，在光照下該缺陷發(fā)生后，載流子的壽命顯著降低。他們還指出，這種效果是可逆的，當(dāng)材料在黑暗中加熱時(shí)，壽命會(huì)再次增加，這是一種常用的去除缺陷的過(guò)程。

近年來(lái)，有關(guān)氣候危機(jī)的辯論愈演愈烈，推動(dòng)可再生能源被視為一項(xiàng)關(guān)鍵的政策轉(zhuǎn)變。盡管英國(guó)最近打破了一周不使用煤炭發(fā)電的記錄，但在同一個(gè)月份里，大氣中的二氧化碳含量卻超過(guò)了人類歷史上的最高水平。

原標(biāo)題：經(jīng)過(guò)幾十年的研究 太陽(yáng)能電池缺陷之謎終于被揭開(kāi)！