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HZB团队研究太阳能电池缺陷的形成和降解

  由Dr.RolandMainz和Dr.ChristianKaufmann带领的HZB研究团队在全世界范围内首次对高效黄铜矿薄膜太阳能电池进行实时观察,研究影响其效率的缺陷的形成和降解。

  科学家们在柏林电子储存环BESSYII成立了一个异常实验室,以便结合使用多个不同种类的测量技术。

  研究结果证实了在哪个阶段增长可以加速和何时降低缺陷需要额外时间。他们的研究成果现在已经发布到网上。

  目前,基于铜铟镓硒的黄铜矿薄膜太阳能电池的效率已经达到20%以上。

  对于研制极薄的多晶层,共蒸发过程目前已经取得最好的成果:共蒸发过程中,两种分开的元素同时蒸发,首先是铟(或镓)和硒,随后是铜和硒,最后又是铟(或镓)和硒。这样,一个晶体薄膜就形成了,其展示出来的缺陷仅有很少一部分。

  "直到最近,我们才真正了解了在共蒸发过程中到底发生了什么,"HZB技术机构Dr.RolandMainz表示。为了找到这个问题的答案,该物理学家团队使用现场实时测量研究了三年。

  异常实验室建成

  为了测量,他们建立了一个新型实验室,该实验室可分析同步辐射光下共蒸发过程中多晶黄铜矿膜的形成。除了元素的蒸发源,该真空室还包含加热和冷却设备控制蒸发过程。

  Mainz称,"最大的一个挑战者是调整这个重达250公斤的实验室,其准确性达10微米。"由于蒸发过程中热膨胀,每过几秒钏就要自动调节实验室高度。

  结合X射线衍射和荧光分析

  随着实验室的建成,他们可以在全世界范围内首次通过观察多晶薄膜的形成对共蒸发过程中的X射线衍射和荧光进行实时分析。

  "我们还可以确定这些缺陷消失的时间。"这发生在铜和硒蒸发的第二个过程阶段。残剩的铜附着在硒化铜的表面,可以帮助移除缺陷。

  "人们从之前的实验中已了解了这个现象。但是现在,通过采用荧光信号和数字模型计算,我们可以展示硒化铜如何穿透硒化铜铟层,"Mainz解释道。

  因此,硒化铜铟层和硒化铜镓层之间的差异就显而易见:既然铜可以穿透硒化铜铟层,对硒化铜镓层来说也是类似情况,残剩的铜都会附着在表面。这可能就是为什么用纯硒化铜镓无法生产出高性能的太阳能电池的原因之一。

  巩固优化步骤

  "我们现在知道,为了进一步优化过程,专注于富铜阶段转折点至关重要。目前,该过程进行得非常缓慢以便缺陷有足够时间消失。"Mainz解释,"我们的发现表明,某些阶段的过程可以加速,但在缺陷消失的那个时间段必须得放慢速度。"

   Mainz已经在期待未来的EMIL项目,该项目位于BESSYII,目前正在建设中。届时,将会有更强大的工具辅助研究人员在现场实时对新型太阳能电池的复杂形成过程进行研究。

  (Shirley译)
 

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