钜大LARGE | 点击量：392次 | 2022年09月05日
氯气为何可以大幅提高碲化镉太阳能电池的效率，答案找到了
硅基太阳能组件在目前的市场上占主导地位。然而，它们价格昂贵，而且碳足迹高。
新一代的模块正在出现，使用一种被称为碲化镉（CdTe）的化学物质，并且已经安装了超过2500万千瓦。
专家们正在寻求提高碲化镉组件的效率，因为它有可能在效率上具有竞争力，但其制造成本却低于硅基组件，后者使用单晶硅（c-Si）。碲化镉的碳足迹也只有晶体硅组件的一半，而且可以保证碲化镉组件的报废回收。
未经处理的碲化镉的效率非常低，通常只有1%左右。然而，当碲化镉经过氯气处理后，其效率急剧上升。可得到创纪录的效率为22%。
到目前为止，人们对氯气如何或为什么会如此大幅度地提高效率并不完全了解。
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拉夫堡大学的PoojaGoddard博士和RogerSmith教授，以及PeterHatton博士和MichaelWatts博士（拉夫堡大学的博士毕业生），首次对氯气提高碲化镉效率的机制进行了建模。这项研究是与设在拉夫堡可再生能源系统技术中心（CREST）的MikeWalls教授的实验研究小组共同进行的。
近日发表在《自然-通讯》上的研究结果，可以提高对氯气如何增强电气性能的理解，并可以进一步的调整，使效率更高（>25%），这将有助于碲化镉太阳能组件生产更低成本的电力。
研究结果和缺失的部分
当试图理解为什么氯气能提高效率时，以前研究的主要观察结果是，被称为堆积故障的缺陷在氯气处理后被去除。
长期以来，人们认为堆积故障的消除是效率提高的原因。然而，拉夫堡小组的理论计算表明，堆叠故障对电池效率没有影响。
该小组以前的研究表明，相反，被称为晶界的材料区域，即不同方向的晶体连接在一起的地方，是造成电池效率低下的原因。
在他们的最新研究中，戈达德博士的小组使用量子力学方法来了解氯在提高效率和消除堆积断层中的作用。
晶界是非常复杂的，充满了缺陷，可以作为电子（亚原子粒子，作为固体中电力的主要载体）的陷阱，使这些区域变得活跃。在一个被称为钝化的过程中，氯能够使一些陷阱失活，使晶界变得不那么活跃，从而提高碲化镉的效率。缺少的部分是了解堆积断层如何消失。
新论文显示，如果晶界中有足够的氯，就会触发一种级联机制，从结构上消除堆积断层。
尽管堆积断层的消失并不是导致效率提高的原因，但如果它们消失了，那么这就是碲化镉电池将有良好性能的信号。当被问及这篇论文的重要性时，戈达德博士说：这一点以前从未被证明过。我们非常高兴我们的工作发表在《自然通讯》上，它展示了我们关于氯气如何不仅能够提高碲化镉电池的效率，而且能够消除关键缺陷的假设。
戈达德博士说他们下一步将研究如何通过在碲化镉中掺入其他元素来进一步提高效率，以推动效率达到25%以上。我们与CREST正在进行的合作也将着眼于优化碲化镉和前后触点之间的界面。效率的每一个小的提高都意味着该技术对目前的硅技术越来越有竞争力。
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