Credit: Shutterstock太阳能发电几乎完全由太阳能电池板或模块产生，太阳能电池板或模块由硅制成的吸光电池构成。硅是行业标准，因为它可靠且便宜，其结构和性能已为人熟知。但是硅电池模块将太阳光转化为电能的效率只有20%多一点，而且它们的生产相对昂贵和复杂。因此，降低相对于产量的技术成本的努力包括不同的材料或材料的组合。其中一种混合物是镉、硒和碲化物，缩写为CdSeTe，口语称为“CadTel”。
亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院霍尔曼研究小组的助理研究教授Arthur Onno说:“CadTel只占光伏市场的5%,但它具有巨大的潜力。例如，吸收体大约比硅电池中的吸收体薄40倍。此外，CadTel电池可以通过称为气相传输沉积的更有效的生产工艺直接应用于模块的前玻璃上，而硅则不是这种情况。这些差异可以显著改变太阳能电池板的制造和成本结构。”
然而，目前的CdSeTe器件表现出的电压不足影响了它们的性能。Onno说，与CdS eTe合作的研究社区缺乏必要的工具和技术来检查电压损失，并以改善硅基太阳能电池的常见方式指导优化。
“这意味着问题通常与设备的‘这部分’或‘那部分’有关，而没有任何明确的损失量化或p层机制，”Onno说。“这有点像‘盲目飞行’，所以这是一个为这个领域做出重要贡献的真正机会。”
为了抓住这个机会，Onno一直在进行一个为期三年的项目，以开发一种方法来理解为什么CdSeTe太阳能电池的电压没有更高，从而照亮了提高性能的道路。
这项工作由霍尔曼研究小组领导，该小组是亚利桑那州立大学七所富尔顿学院之一的电气、计算机和能源工程学院的一部分，与科罗拉多州立大学下一代光伏中心、科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室和亚利桑那州坦佩的第一太阳能公司合作。他们的研究得到了美国能源部太阳能技术办公室150万美元的资助。
“我们已经成功地找到了一种可行的技术。这种测量被称为外部辐射效率，简称ERE，”Onno说。“我们开始在项目合作伙伴生产的太阳能电池上使用它，我们发现了很多隐藏的潜力。
“我们还了解到，限制电压的主要机制不一定与电池内部的缺陷有关，也不一定与构成电池的不同材料之间的界面有关，”他说。“这通常是CadTel社区的假设。但相反，这是一个选择性的问题，即当电池内的电子走错方向并相互抵消时。”
选择性损失对应于电池内部和外部电压之间的下降。内部电压是吸收器主体内及其界面处的缺陷如何将电压降低到理想热力学极限以下的量度。外部电压对应于内部电压减去l损耗，这是由于半透膜的非理想行为，半透膜夹住或包裹电池吸收体并引导电子流进出电池以产生电流。
选择性损失的存在意味着这些半透膜是不完美的，Onno说CdSeTe社区长期以来认为半透膜不是问题，因此忽略了这些损失。
该团队的新研究表明，事情比想象的更复杂，需要更精确的计算，因为不同的设备表现出不同类型的电压损失。因此，通过ERE测量内部电压的能力是一项重要的创新。
Onno说，通过添加砷等元素来“掺杂”吸收剂有助于减少选择性损失。这样做是因为以这种方式设计的吸收体可以让电子单向通过，从而支持半透膜的作用。
这意味着，即使半透膜保持不变，通过掺杂改变吸收剂的制造也可以改变总体选择性。On no说这很重要，因为它表明有多种方法可以实现低选择性损失并提高CdSeTe设备的效率。
这些新发现发表在Onno和他的同事撰写的新论文“理解什么限制了多晶CdSeTe太阳能电池的电压”，并发表在研究期刊《自然能源》上。
展望未来，该团队将应用测量技术来帮助改进由其他先进材料制成的太阳能电池，如钙钛矿，这种化合物吸收的电磁波谱部分不同于硅的范围。
这项研究成果也将应用于传统的硅太阳能电池。霍尔曼研究小组正在支持一个由富尔顿学校电气工程副教授玛丽安·a·贝尔托尼领导的项目，在现场监测设备退化。ERE技术通过玻璃工作，因此已经封装在商业模块中的太阳能电池可以通过目前无法使用准稳态光电导(QSSPC)标准方法进行评估。
霍尔曼研究小组主任、富尔顿商学院电气工程副教授扎卡里·霍尔曼说:“我们也致力于将这项技术应用到工业中。”。“我们已经为几家国内太阳能电池和组件制造商复制了这种测量技术。”
每家公司都从霍尔曼研究集团提供的清单中购买组件。然后，ASU团队组装了ERE装置，并在将所有东西运送到现场之前，与制造商的工程师一起进行了实验室培训。
霍尔曼说，他的团队计划继续分发新的能力，并通过启动亚利桑那州新经济倡议(NEI)来推动凤凰城和该州在培育高科技产业方面取得成功。
“NEI的先进材料、工艺和能源设备科学技术中心(AMPED)将光伏作为一个重点领域，”他说。“它最近扩大了对这一创新进一步商业化的支持，这将真正有助于我们将其推向世界并产生影响。”
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