盧森堡大學翻轉 20 年來的太陽能假設,重新解釋鈉元素作用之謎

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 28 日 8:00 | 分類 光電科技 , 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

為了增強太陽能電池的發電效率,盧森堡大學重新回顧太陽能製造過程,並進一步理解鈉元素在太陽能製程中的作用,且駁斥研究人員與製造廠商 20 年來的太陽能化學製程假設(assumption)。



太陽能電池是一種利用太陽光直接發電的半導體薄片,藉由光電轉換效應產生電流,其中 CIGS 薄膜太陽能板為新一代備受矚目的技術之一,可撓式與低成本為主要優勢,利用不同化學元素沉積在玻璃基板上,讓太陽能電池能一層一層逐漸「增長」。

以往科學家為了增加薄膜太陽能電池的轉換效率,會在光吸收層(light absorbing layer)加入鈉元素,且避免鈉與其他元素相互作用,影響鎵和銦的混合導致光吸收層不均勻,通常科學家與製造商都在薄膜磊晶完成之後才添入鈉元素。

而盧森堡大學物理與材料科學研究組人員與其他 4 位國際研究者為了了解箇中細節,製造一個更嚴苛的磊晶環境。根據以往的製程與研究,光吸收層多由數千個單獨晶粒組成,團隊則反其道而行,製作一個單獨晶粒組成的吸光層。

團隊研究發現,假如吸光層僅由一個顆粒組成,添加少量的鈉有助於均勻晶內元素分布。伊比利亞國際奈米技術實驗室(INL)研究員 Diego Colombara 表示,這項結果與 20 多年來的研究相悖,以往研究指出,如果在多顆晶粒組成的吸光層添入鈉元素,大多會導致分布不均勻與降低光電效率。

研究指出,鈉元素具有「雙重效果」,可促使鎵和銦晶粒內擴散(intragrain diffusion),也可以透過晶界分離(grain boundary)來抑制晶粒內擴散,意味著該元素能讓晶粒內的元素均勻,但是它會減緩晶粒之間的相互作用。

盧森堡能源材料研究室( Laboratory for Energy Materials)負責人 Phillip Dale 教授表示,這項發現讓我們重新反思太陽能的化學生產過程,未來可望進一步改進薄膜太陽能電池的製程。該研究已發表在《自然通訊》期刊(Nature Communications)。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:盧森堡大學