由Dr.RolandMainz和Dr.ChristianKaufmann帶領(lǐng)的HZB研究團(tuán)隊(duì)在全世界范圍內(nèi)首次對(duì)高效黃銅礦薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，研究影響其效率的缺陷的形成和降解。科學(xué)家們?cè)诎亓蛛娮觾?chǔ)存環(huán)BESSYII成立了一個(gè)異常實(shí)驗(yàn)室，以便結(jié)合使用多個(gè)不同種類(lèi)的測(cè)量技術(shù)。

研究結(jié)果證實(shí)了在哪個(gè)階段上升可以加速和何時(shí)降低缺陷要額外時(shí)間。他們的研究成果現(xiàn)在已經(jīng)公布到網(wǎng)上。

目前，基于銅銦鎵硒的黃銅礦薄膜太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)達(dá)到20%以上。

有關(guān)研制極薄的多晶層，共蒸發(fā)過(guò)程目前已經(jīng)取得最好的成果：共蒸發(fā)過(guò)程中，兩種分開(kāi)的元素同時(shí)蒸發(fā)，首先是銦（或鎵）和硒，隨后是銅和硒，最后又是銦（或鎵）和硒。這樣，一個(gè)晶體薄膜就形成了，其展示出來(lái)的缺陷僅有很少一部分。

直到最近，我們才真正了解了在共蒸發(fā)過(guò)程中到底發(fā)生了什么，HZB技術(shù)機(jī)構(gòu)Dr.RolandMainz表示。為了找到這個(gè)問(wèn)題的答案，該物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量研究了三年。

異常實(shí)驗(yàn)室建成

為了測(cè)量，他們建立了一個(gè)新型實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室可分析同步輻射光下共蒸發(fā)過(guò)程中多晶黃銅礦膜的形成。除了元素的蒸發(fā)源，該真空室還包含加熱和冷卻設(shè)備控制蒸發(fā)過(guò)程。

Mainz稱(chēng)，最大的一個(gè)挑戰(zhàn)者是調(diào)整這個(gè)重達(dá)250公斤的實(shí)驗(yàn)室，其準(zhǔn)確性達(dá)10微米。由于蒸發(fā)過(guò)程中熱膨脹，每過(guò)幾秒釧就要自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室高度。

結(jié)合X射線(xiàn)衍射和熒光分析

隨著實(shí)驗(yàn)室的建成，他們可以在全世界范圍內(nèi)首次通過(guò)觀察多晶薄膜的形成對(duì)共蒸發(fā)過(guò)程中的X射線(xiàn)衍射和熒光進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

我們還可以確定這些缺陷消失的時(shí)間。這發(fā)生在銅和硒蒸發(fā)的第二個(gè)過(guò)程階段。殘剩的銅附著在硒化銅的表面，可以幫助移除缺陷。

人們從之前的實(shí)驗(yàn)中已了解了這個(gè)現(xiàn)象。但是現(xiàn)在，通過(guò)采用熒光信號(hào)和數(shù)字模型計(jì)算，我們可以展示硒化銅如何穿透硒化銅銦層，Mainz解釋道。

因此，硒化銅銦層和硒化銅鎵層之間的差異就顯而易見(jiàn)：既然銅可以穿透硒化銅銦層，對(duì)硒化銅鎵層來(lái)說(shuō)也是類(lèi)似情況，殘剩的銅都會(huì)附著在表面。這可能就是為何用純硒化銅鎵無(wú)法生產(chǎn)出高性能的太陽(yáng)能電池的原因之一。

鞏固優(yōu)化步驟

我們現(xiàn)在了解，為了進(jìn)一步優(yōu)化過(guò)程，專(zhuān)注于富銅階段轉(zhuǎn)折點(diǎn)至關(guān)重要。目前，該過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢以便缺陷有足夠時(shí)間消失。Mainz解釋?zhuān)覀兊陌l(fā)現(xiàn)表明，某些階段的過(guò)程可以加速，但在缺陷消失的那個(gè)時(shí)間段必須得放慢速度。

Mainz已經(jīng)在期待未來(lái)的EMIL項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于BESSYII，目前正在建設(shè)中。屆時(shí)，將會(huì)有更強(qiáng)大的工具輔助研究人員在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)新型太陽(yáng)能電池的復(fù)雜形成過(guò)程進(jìn)行研究。