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盧森堡大學(xué)的物理學(xué)家與國(guó)際科學(xué)家一起研究了太陽(yáng)能電池材料的氧化過(guò)程，其結(jié)果可能會(huì)改變目前生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的方式。該研究已于2020年7月發(fā)表在著名的《Nature Communications》雜志上。

相界是材料性能的關(guān)鍵點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)剛剛發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用于太陽(yáng)能電池的材料靠近相界時(shí)，氧化過(guò)程中產(chǎn)生的破壞遠(yuǎn)不止是氧化。

該論文的發(fā)表是物理與材料科學(xué)系(DPhyMS)內(nèi)由Phillip Dale教授領(lǐng)導(dǎo)的能源材料實(shí)驗(yàn)室(LEM)和Susanne Siebentritt教授領(lǐng)導(dǎo)的光伏實(shí)驗(yàn)室(LPV)之間為期四年的研究項(xiàng)目和富有成效的合作成果。該項(xiàng)目由Diego Colombara和Hossam Elanzeery成功實(shí)施，他們當(dāng)時(shí)分別是盧森堡大學(xué)的博士后研究員和博士研究員。

什么是太陽(yáng)能電池材料的相界?

"當(dāng)冰融化并變成水時(shí)，它會(huì)跨越一個(gè)相界。在這種情況下，是溫度使材料跨越了相界。在化合物半導(dǎo)體中，如太陽(yáng)能電池中使用的硒化銅銦，是成分使材料跨越了相界。在理想的晶體中，Cu和In一樣多，當(dāng)Cu比In多時(shí)，材料的相位與Cu比In少時(shí)的相位不同。"

如何控制這種變化?

"我們可以通過(guò)沉積工藝來(lái)控制。很久以來(lái)，我們就知道，當(dāng)材料氧化時(shí)，比如我們?cè)诳諝庵蟹胖脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)形成氧化銦?，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)的是：當(dāng)富含Cu的材料氧化時(shí)，不僅會(huì)形成氧化銦，而且會(huì)變得過(guò)于富含Cu。所以，Cu必須離開(kāi)材料。而在這樣做的過(guò)程中，它就會(huì)帶走硒，形成新的缺陷，即硒空位。而這些對(duì)太陽(yáng)能電池是不利的。這一見(jiàn)解不僅對(duì)我們制造太陽(yáng)能電池的方式很重要。硒化材料在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、發(fā)光和通信方面也有其他應(yīng)用。這些發(fā)現(xiàn)也將與那些其他呈現(xiàn)類似相界的硒化物或硫化物有關(guān)。"

如何打造更好的太陽(yáng)能電池?

"我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了太陽(yáng)能電池中出現(xiàn)這些破壞性缺陷的根本機(jī)制，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一旦這些缺陷形成，通過(guò)從外部強(qiáng)行注入過(guò)量的硒，就有可能部分叫停這些缺陷。在此知識(shí)基礎(chǔ)上，我們將設(shè)計(jì)出能完全防止缺陷形成的制造方法，作為我們更高效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換路線圖的一部分。"

論文標(biāo)題為《Chemical instability at chalcogenide surfaces impacts chalcopyrite devices well beyond the surface》。


原標(biāo)題： 生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的新途徑