Bättre silikon solpaneler

Forskare vid det amerikanska energidepartementet's National Renewable Energy Laboratory (NREL) och Colorado School of Mines tillämpar en ny teknik för att identifiera defekter i kiselsolceller som orsakar en minskning av effektiviteten. Lärdomarna på atomnivå kan leda till förbättringar av hur tillverkarna stärker sina produkter mot vad som kallas ljusinducerad nedbrytning.

Ljusinducerad nedbrytning, eller LID, rakar effektiviteten hos kiselsolceller med cirka 2 %, vilket adderar till en betydande minskning av uteffekten under den 30- till 40-åriga livslängden för tekniken som används på fältet. Solceller tillverkade av kisel står för mer än 96 % av den globala marknaden, och den vanligaste halvledaren som används vid tillverkningen av dessa celler är gjord av bordopad kisel. Men bordopat kisel är känsligt för LID, så tillverkare har utvecklat metoder för att stabilisera solcellsmodulerna.

Utan en förståelse för defekterna på atomnivå sa forskarna att det är omöjligt att förutsäga stabiliteten hos dessa moduler.

& quot;Vissa av modulerna är helt stabiliserade. Vissa av dem är bara halvstabiliserade," sa Abigail Meyer, en Ph.D. kandidat vid Gruvor och forskare vid NREL. Hon är huvudförfattare till en ny artikel som beskriver ansträngningar för att lokalisera källan till LID-fenomenet. Artikeln,"Atomic Structure of Light-Induced Efficiency-Degrading Defect in Boron-doped Czochralski Silicon Solar Cells," dyker upp i journalenEnergi& Miljövetenskap.

Hennes medförfattare är Vincenzo LaSalvia, William Nemeth, Matthew Page, David Young, Paul Stradins, alla från NREL; Sumit Agarwal, Michael Venuti och Serena Eley, som kommer från Gruvor; och P. Craig Taylor, en pensionerad Mines-professor som konsulterade om forskningen.

Stradins, en huvudforskare och en projektledare inom kiselfotovoltaisk forskning vid NREL, sa att problemet med LID har studerats i årtionden men den exakta mikroskopiska karaktären av vad som orsakar nedbrytningen har inte fastställts. Forskare har genom indirekta experiment och teori kommit fram till att problemet minskar när mindre bor används eller när mindre syre finns i kislet.

Samarbetet mellan NREL och Mines forskare förlitade sig på elektronparamagnetisk resonans (EPR) för att identifiera defekter som är ansvariga för LID. För första gången avslöjade den mikroskopiska undersökningen en distinkt defektsignatur när provet solceller blev mer nedbrutna av ljus. Defektsignaturen försvann när forskarna tillämpade den empiriska"regeneration" process för att bota locket som industrin har antagit. Till sin förvåning fann forskarna också en andra,"bred" EPR-signatur påverkas av ljusexponering, involverar många fler dopantatomer än det finns LID-defekter. De antog att inte alla atomära förändringar inducerade av ljus leder till LID.

Teknikerna som utvecklats för att studera LID kan utökas till att avslöja andra typer av nedbrytande defekter i kiselsolceller och i andra halvledarmaterial som används i solceller inklusive kadmiumtellurid och perovskiter, noterade forskarna.

Solar Energy Technologies Office inom Department of Energy finansierade forskningen.