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研究人員發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦型太陽能電池存在遲滯效應(yīng)的主要原因

文章來源：未知更新時間：2018-07-27 16:17:17

太陽能電池對光線消失產(chǎn)生的反應(yīng)在很大程度上取決于本身所使用的材料。在傳統(tǒng)的硅太陽能電池中，這種反應(yīng)是十分簡單明了的：電池產(chǎn)生的電流立即變?yōu)榱恪?/span>

鈣鈦礦型太陽能電池的反應(yīng)與此不同，電池會在短時間內(nèi)繼續(xù)供電。同樣，當(dāng)光從無到有時，這類電池需要一段時間才能達到全功率輸出，這種現(xiàn)象被稱為遲滯效應(yīng)。該效應(yīng)對電池的性能是不利的。

位于德國美因茨的馬克斯·普朗克聚合物研究所的研究人員現(xiàn)在能夠非常精確地測量鈣鈦礦型太陽能電池中發(fā)生的遲滯效應(yīng)。（能源環(huán)境科學(xué)，“界面電荷的形成如何引起鈣鈦礦太陽能電池的遲滯”）

鈣鈦礦型太陽能電池中層結(jié)構(gòu)的藝術(shù)表示圖。在表面上方有一個探針，可以測量電池中的電壓。圖片來源：馬克斯·普朗克研究所

鈣鈦礦型太陽能電池目前正在為太陽能電池社區(qū)提供電力。這種新的、廉價的、易于加工的材料在將光轉(zhuǎn)化為電能方面具有近乎理想的物理特性：它自身的顏色就是黑的，一層不到千分之一毫米的薄層就足以吸收所有入射的陽光。

同時，它是一種非常好的導(dǎo)體，能夠快速有效地將產(chǎn)生的電荷傳送到外部觸點和連接的設(shè)備上。鈣鈦礦型太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率可以達到22.7%，其性能已經(jīng)優(yōu)于最優(yōu)的多晶硅太陽電池(22.3%)。

然而，為了進一步提高光電轉(zhuǎn)換效率和加速鈣鈦礦型太陽能電池的商業(yè)化，研究人員必須了解太陽能電池在運行過程中發(fā)生的所有反應(yīng)。

馬克斯·普朗克聚合物研究所的史蒂芬·韋伯博士、小組組長Rüdiger Berger博士同瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員合作，揭示了鈣鈦礦型太陽能電池在光線消失后的反應(yīng)過程。

為了觀察太陽能電池內(nèi)部的變化，研究人員故意從中間打碎太陽能電池，并在電池的橫截面上拋光一個只有百萬分之一米寬的很小的區(qū)域。然后，他們在原子力顯微鏡中將一個薄薄的金屬探針放置在拋光的橫截面上。這個金屬探針的尖端只有大約10納米寬，相當(dāng)于是人類頭發(fā)寬度的萬分之一。

研究人員利用一種名為開爾文探針顯微鏡的方法，能夠測量出尖端下方被拋光的橫截面上的電壓。這項技術(shù)使他們能夠測量太陽能電池中各個層的電壓分布，并且具有較高的空間分辨率和很高的時間分辨率。

研究人員對太陽能電池上的電壓分布特別感興趣，因為它影響光線入射時產(chǎn)生的電荷的相互分離。由于靜電作用，正電荷遷移到低電壓端，負電荷遷移到高電壓端。美因茨的科學(xué)家們觀察被光線照射的太陽電池橫截面，發(fā)現(xiàn)在鈣鈦礦層的邊緣出現(xiàn)了電荷的積累。這些積累電荷在光線消失后的短時間內(nèi)是穩(wěn)定的。

韋伯介紹說：“鈣鈦礦界面上的這些積累電荷在遲滯效應(yīng)中起主要作用，因為它們在光線消失后依然能夠維持電池中的電場大約半秒鐘。這意味著改變這些界面可以影響或完全抑制遲滯現(xiàn)象。”這是鈣鈦礦型太陽能電池發(fā)展的重要進步。

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