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編者按：近年來，光伏等可再生能源的利用越來越受到重視，技術(shù)方面也在不斷的提高。在經(jīng)過近40年的研究后，曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家團隊解決了限制和降低太陽能電池效率的材料缺陷。據(jù)研究首次發(fā)現(xiàn)了此前未被發(fā)現(xiàn)的材料缺陷，這種缺陷限制了硅太陽能電池的效率，讓其效率從20%下降到18%左右。

曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家團隊在全球范圍內(nèi)進行了近40年的研究后，終于解決了太陽能電池板的一個關(guān)鍵缺陷。由于其相對成本和消費者可獲得性，光伏發(fā)電是目前最流行的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)之一。然而，大多數(shù)太陽能電池只能達到20%的效率。

目前，一個國際研究小組已經(jīng)解決了導(dǎo)致限制和降低太陽能電池效率的材料缺陷這一關(guān)鍵性問題。這個問題已經(jīng)被人們認識和研究了40多年，有270多篇研究論文認為這個問題沒有解決方案。這項新研究首次發(fā)現(xiàn)了一種此前未知的材料缺陷，正是這種缺陷限制了硅太陽能電池的效率。

“由于環(huán)境和經(jīng)濟的影響，在過去40年里，太陽能電池板的‘效率下降’一直是許多科學(xué)和工程領(lǐng)域感興趣的話題，”托尼?皮克教授表示。然而，盡管業(yè)內(nèi)一些最優(yōu)秀的人才在致力于解決這個問題，但直到現(xiàn)在，這個問題一直未得到有效解決。在安裝完成后的最初幾個小時里，太陽能電池板的效率會從20%下降到18%左右。百分之二的絕對效率下降似乎不是什么大問題，但是當你考慮到這些太陽能電池板目前在全球能源需求中所占的比例呈指數(shù)級增長時，這會是發(fā)電能力的重大損失。”

全球太陽能光伏裝機容量10GW缺口所造成的能源成本，相當于英國15座核電站產(chǎn)能的總和。因此，太陽能的短缺必須由其他可持續(xù)性較差的能源來填補，例如燃燒化石燃料。

研究人員采用的多學(xué)科實驗和理論方法確定了光誘導(dǎo)降解(LID)的機制。該團隊結(jié)合了一種被稱為“深層瞬態(tài)光譜學(xué)”(DLTS)的特殊光電技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了一種材料缺陷的存在，這種缺陷最初潛伏在用于制造電池的硅中。

硅太陽能電池內(nèi)部的電荷在陽光下被轉(zhuǎn)化，這是其能量產(chǎn)生過程的一部分。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變涉及一個缺陷，可以阻止光產(chǎn)生的載流子(電子)的流動。

Iain Crowe博士補充說：“這種電子流動決定了太陽能電池能夠傳輸?shù)诫娐分械碾娏鞯拇笮　Ｈ魏巫璧K它的東西都會有效地降低太陽能電池的效率，以及在一定的日照水平下可以產(chǎn)生的電量。我們已經(jīng)證明了該缺陷的存在，現(xiàn)在需要的是工程修復(fù)。”

用于確定硅材料質(zhì)量的工業(yè)標準技術(shù)測量了載流子的壽命，在低缺陷的高質(zhì)量材料中載流子的壽命更長。曼徹斯特大學(xué)的Matthew Halsall教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的觀察結(jié)果與電荷載體的壽命有很強的相關(guān)性，在光照下該缺陷發(fā)生后，載流子的壽命顯著降低。他們還指出，這種效果是可逆的，當材料在黑暗中加熱時，壽命會再次增加，這是一種常用的去除缺陷的過程。

近年來，有關(guān)氣候危機的辯論愈演愈烈，推動可再生能源被視為一項關(guān)鍵的政策轉(zhuǎn)變。盡管英國最近打破了一周不使用煤炭發(fā)電的記錄，但在同一個月份里，大氣中的二氧化碳含量卻超過了人類歷史上的最高水平。

原標題：經(jīng)過幾十年的研究 太陽能電池缺陷之謎終于被揭開！