硅基太陽能組件在目前的市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。然而，它們價(jià)格昂貴，而且碳足跡高。

新一代的模塊正在出現(xiàn)，使用一種被稱為碲化鎘（CdTe）的化學(xué)物質(zhì)，并且已經(jīng)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?yàn)樗锌赡茉谛噬暇哂懈?jìng)爭(zhēng)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(bào)廢回收。

未經(jīng)處理的碲化鎘的效率非常低，通常只有1%左右。然而，當(dāng)碲化鎘經(jīng)過氯氣處理后，其效率急劇上升。可得到創(chuàng)紀(jì)錄的效率為22%。

到目前為止，人們對(duì)氯氣如何或?yàn)槭裁磿?huì)如此大幅度地提高效率并不完全了解。

拉夫堡大學(xué)的PoojaGoddard博士和RogerSmith教授，以及PeterHatton博士和MichaelWatts博士（拉夫堡大學(xué)的博士畢業(yè)生），首次對(duì)氯氣提高碲化鎘效率的機(jī)制進(jìn)行了建模。這項(xiàng)研究是與設(shè)在拉夫堡可再生能源系統(tǒng)技術(shù)中心（CREST）的MikeWalls教授的實(shí)驗(yàn)研究小組共同進(jìn)行的。

近日發(fā)表在《自然-通訊》上的研究結(jié)果，可以提高對(duì)氯氣如何增強(qiáng)電氣性能的理解，并可以進(jìn)一步的調(diào)整，使效率更高（>25%），這將有助于碲化鎘太陽能組件生產(chǎn)更低成本的電力。

研究結(jié)果和缺失的部分

當(dāng)試圖理解為什么氯氣能提高效率時(shí)，以前研究的主要觀察結(jié)果是，被稱為"堆積故障"的缺陷在氯氣處理后被去除。

長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)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(jì)算表明，堆疊故障對(duì)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(qū)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(dá)德博士的小組使用量子力學(xué)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(fù)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(qū)域變得"活躍"。在一個(gè)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(huì)觸發(fā)一種級(jí)聯(lián)機(jī)制，從結(jié)構(gòu)上消除堆積斷層。

盡管堆積斷層的消失并不是導(dǎo)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(hào)。當(dāng)被問及這篇論文的重要性時(shí)，戈達(dá)德博士說："這一點(diǎn)以前從未被證明過。我們非常高興我們的工作發(fā)表在《自然通訊》上，它展示了我們關(guān)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(guān)鍵缺陷的假設(shè)。

戈達(dá)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(jìn)一步提高效率，以推動(dòng)效率達(dá)到25%以上。我們與CREST正在進(jìn)行的合作也將著眼于優(yōu)化碲化鎘和前后觸點(diǎn)之間的界面。效率的每一個(gè)小的提高都意味著該技術(shù)對(duì)目前的硅技術(shù)越來越有競(jìng)爭(zhēng)力。