7月8日2021年
随着社会朝着可再生能源的未来发展，至关重要的是，太阳能电池板尽可能有效地将光转换为电力。
一些最先进的太阳能电池接近效率的理论最大值 - 犹他大学和赫尔姆霍尔茨 - 塞特鲁姆柏林的物理学家已经想出了一种使它们变得更好的方法。
在一项新研究中，物理学家使用了一种称为互相关噪声光谱的技术来测量硅太阳能电池内材料之间流动的电流中的微小波动。亚博网站下载研究人员发现了至关重要的电噪声信号，这些信号完全看不见常规的噪声测量方法。他们还能够查明可能导致噪声的物理过程，这通常会导致能量损失和降低效率。
“测量物体上的噪声相对简单。您可以购买可以做到的设备。但是困扰我们的问题是这些设备也有噪音，”U，U，本文首席作者的物理副讲师Kevin Davenport说。“这种互相关技术使我们不仅可以测量设备的噪声，还可以测量检测器的噪声并将其删除，以便我们可以看到很多较小的噪声信号。”
该技术于6月24日在《期刊》上发布科学报告，是改善更好的太阳能电池的材料界面或分析其他复杂设备中效率低下的重要新工具。
“令人惊讶的是，效率的微小提高对行业的重要性有多重要。由于生产规模的规模，只有百分比的一小部分转化为数十亿美元。”FreieUniversität柏林物理学教授兼Helmholtz-Zentrum Berlin的部门负责人Klaus Lips的合着者Klaus Lips说，在那里设计和制造了太阳能电池。
“过去，我们使用互相关技术来研究相当简单的研究级发光二极管，但是该方法的优势在这项工作中真正浮出水面，”U Andrey Rogachev说，该研究的物理学教授也是该研究的合着者。“它超越了太阳能行业。在任何具有多层的设备中，材料之间的每个接口都可以以某种方式降低效率。它是如此复杂，您必须谨慎地说出正在发生的事情，更重要的是，更重要的是亚博网站下载在发生特定噪音的地方。事实证明，这项技术使我们能够做到这一点。”
正如现代研究中经常发生的那样，一种方法不足以理解复杂的设备。C.T.进行的太阳能电池模拟对噪声日期的解释已得到了很大的帮助。Trinh，柏林Helmholtz-Zentrum的博士后研究员，该研究的合着者。最后的合着者是马克·海沃德（Mark Hayward），当时是U的本科研究，现在是加州大学欧文分校的研究生。
分析噪声
该研究分析了一种高端单材料太阳能电池，分析了硅异晶太阳能电池（HSC），目前是市场上同类产品中最有效的 - 撞击电池的光线中有26.7％转化为电力。相反，在住宅房屋上组成太阳能电池板的细胞范围在15％至20％之间。
在HSC中，当称为光子的单个光颗粒被由结晶硅制成的光活性层吸收时，发电开始时开始，并创建成对的带负电荷的电子和带正电yabo214荷的孔，这是由于缺少电子引起的电荷。然后，通过通过杂质修饰的氢化无定形硅制成的两个选择性接触产生的电场，将电子和孔朝相反的方向拉动。这个过程产生了我们用作电力的电流。问题在于选择性电极和光活性硅不能完美匹配，从而产生捕获电子的缺陷。为了消除研究级太阳能电池中的这些缺陷，科学家在它们之间放置了纯无形硅的超薄层。最后，将这五层夹在两层透明的导电材料（称为ITO和金电极）之间。
HSC的效率取决于不同层连接在一起的程度。两层之间的不匹配可能使电子难以到达需要走的地方 - 这会产生噪声信号。
“这个问题隐藏在这些界面中，而且很难检测到任何形式的信号。但是我们使用的噪声技术对真正非常小的单个信号非常敏感，”达文波特说。他继续说，这就像听不同乐器演奏的音符。小提琴上的c音符与大提琴上的c音符相同，但听起来有所不同。如果要分析该注释，则可以撤出信息以了解有关产生的仪器的信息，例如弦乐的长度或材料。
“我们做类似的事情。我们看到了沿频率轴的不同噪声信号和不同位置的广泛范围。我们可以说，'好吧，我们看到的注释的这一部分，我们可以归因于这个物理过程，部分是一个不同的物理过程，'”达文波特说。“但是该设备充满了所有产生噪音的过程，并且很难将它们输入 - 就像在200人合唱中拔出一个声音。这项技术使我们能够删除很多不需要的部分信号。”
映射效率低下
硅HSC非常出色，但仍然有限制。研究团队的新技术确定了特定物理过程产生电信号的设备中的关键领域。将来，在这些阶段进行的小调整可以提高这些电池的效率以及未来的太阳能电池。在筛选电气孔隙以发现相关信号后，物理学家进行了模拟，以查明信号位置处发生了什么物理过程。
下一代太阳能电池被称为串联电池，它们是不同光伏材料的堆栈，它们每个光伏材料都对太阳的光的不同部分敏感，使该设备具有产生更多能量的能力。亚博网站下载一个提出的设备层是热门售货机材料。
“一起，新的太阳能电池可以自身突破硅设备的极限，超过30％的效率，”嘴唇说。
在这个效率的边缘，小损失很重要。物质科学家已经观察到了这样的损失。透明ITO的沉积以某种方式修饰了基础硅层，从而产生了降低设备效率的缺陷。研究人员在这项研究中鉴定出的主要电噪声信号之一是在该界面，该界面被困和释放。当孔通过设备背面的类似屏障时，发生了另一个主要信号。
“检测这些信号的能力意味着我们可以理解它们的来源并减轻它们，”达文波特说。
犹他大学的研究得到了NSF和DFG的Helmholtz-Zentrum的支持。
来源：https://www.utah.edu/