技术|寻找耐热太阳能电池材料

欧洲研究人员开发出一种简单的热力学方法，可以预测一种物质是否能耐受高温，用于生产常规薄膜，制成光伏设备。这种新方法有助于科学家寻找更好的能源材料。瑞典乌普萨拉大学(UppsalaUniversity)的乔纳森?斯克拉格(JonathanScragg)，还有他的一些同事来自的英国巴斯大学(UniversityofBath)和卢森堡大学(UniversityofLuxembourg)，他们的成果发表在4月24日的《化学物理物理化学》(ChemPhysChem)杂志上，题为《热力学合成薄膜材料用于太阳能电池》(ThermodynamicAspectsoftheSynthesisofThin-FilmMaterialsforSolarCells)。

“有许多事情要考虑，因为要寻找理想的材料，用于太阳能电池，”斯克拉格说。“这种材料必须非常有效地把光转换成电能，不应该包含任何稀有的，昂贵或危险的原材料，必须易于制造，具有高品质。”然而，现有的大多数无机非硅薄膜太阳能电池技术，采用的要么是有毒物质，如碲化镉(CdTe：cadmiumtelluride)，要么就是比较少见的物质，如铜铟镓硒(CIGSe：copperindiumgalliumselenide)。因此，世界各地的许多研究人员都在寻找替代材料，以克服这些局限性。“我们正面临着一个巨大的问题”，斯克拉格说。“大自然提供了如此众多的不同材料，不可能每一种都测试。我们介绍了一种方法，可以大大简化这一问题。”

在制造过程中，太阳能电池材料必须加热到很高的温度，这一步称为退火，这样它们就可以结晶，达到要求的质量。然而，很多材料无法耐受这样的高温，会碎裂，根本不适合使用。斯克拉格和同事现在找到一种方法，可以事先确定，一种物质是否能够耐受生产过程中产生的高温。他们预测，热处理中，反应发生在几层多元半导体化合物上，采用不同衬底，而且表明，退火条件可以控制，以最大限度地提高材料的稳定性和质量。

科学家们研究了不同的物质，如铜铟镓硒(CIGSe)，铜锌锡硒(CZTSe)，和其他不太知名的三元和四元半导体。斯克拉格认为，新的方法有很大的帮助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永远不会满足太阳能电池的要求。这些替代材料中，只有为数不多的获得所需的时间和资源，得到开发，达到足够高的水平。我们不是专注于一种单一的材料，而是采取更广泛的做法，提供的这种方法可以确定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他说。