盧森堡大學(xué)的物理學(xué)家與國際科學(xué)家一起研究了太陽能電池材料的氧化過程，其結(jié)果可能會改變目前生產(chǎn)太陽能電池的方式。該研究已于2020年7月發(fā)表在著名的《Nature Communications》雜志上。

相界是材料性能的關(guān)鍵點。研究團隊剛剛發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用于太陽能電池的材料靠近相界時，氧化過程中產(chǎn)生的破壞遠不止是氧化。

該論文的發(fā)表是物理與材料科學(xué)系（DPhyMS）內(nèi)由Phillip Dale教授領(lǐng)導(dǎo)的能源材料實驗室（LEM）和Susanne Siebentritt教授領(lǐng)導(dǎo)的光伏實驗室（LPV）之間為期四年的研究項目和富有成效的合作成果。該項目由Diego Colombara和Hossam Elanzeery成功實施，他們當(dāng)時分別是盧森堡大學(xué)的博士后研究員和博士研究員。

什么是太陽能電池材料的相界？

"當(dāng)冰融化并變成水時，它會跨越一個相界。在這種情況下，是溫度使材料跨越了相界。在化合物半導(dǎo)體中，如太陽能電池中使用的硒化銅銦，是成分使材料跨越了相界。在理想的晶體中，Cu和In一樣多，當(dāng)Cu比In多時，材料的相位與Cu比In少時的相位不同。"

如何控制這種變化？

"我們可以通過沉積工藝來控制。很久以來，我們就知道，當(dāng)材料氧化時，比如我們在空氣中放置時間過長，就會形成氧化銦。現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)的是：當(dāng)富含Cu的材料氧化時，不僅會形成氧化銦，而且會變得過于富含Cu。所以，Cu必須離開材料。而在這樣做的過程中，它就會帶走硒，形成新的缺陷，即硒空位。而這些對太陽能電池是不利的。這一見解不僅對我們制造太陽能電池的方式很重要。硒化材料在數(shù)據(jù)存儲、發(fā)光和通信方面也有其他應(yīng)用。這些發(fā)現(xiàn)也將與那些其他呈現(xiàn)類似相界的硒化物或硫化物有關(guān)。"

如何打造更好的太陽能電池？

"我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了太陽能電池中出現(xiàn)這些破壞性缺陷的根本機制，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一旦這些缺陷形成，通過從外部強行注入過量的硒，就有可能部分叫停這些缺陷。在此知識基礎(chǔ)上，我們將設(shè)計出能完全防止缺陷形成的制造方法，作為我們更高效的太陽能轉(zhuǎn)換路線圖的一部分。"

論文標題為《Chemical instability at chalcogenide surfaces impacts chalcopyrite devices well beyond the surface》。