美科學(xué)家攻克重大難題！薄膜太陽(yáng)能發(fā)電效率有望再度提升

據(jù)科技媒體 Phys 報(bào)道，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室能源部的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種光學(xué)顯微鏡，可在太陽(yáng)能電池吸收光子的時(shí)候，繪制 3D 能量轉(zhuǎn)換圖，解決了制約薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電效率提升的一個(gè)重大瓶頸。

（科學(xué)家Edward Barnard正在調(diào)試光學(xué)顯微鏡設(shè)備 來(lái)源Berkeley Lab）

眾所周知，與晶硅太陽(yáng)能電池板相比，薄膜太陽(yáng)能憑借較低的成本和良好的可塑造性，成為業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。然而，薄膜太陽(yáng)能的發(fā)展也遇到了行業(yè)瓶頸，發(fā)電效率一直在 14% 左右徘徊。

（為提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率，必須了解其內(nèi)部狀態(tài) 來(lái)源Berkeley Lab）

科學(xué)家們不斷嘗試提高薄膜太陽(yáng)能的發(fā)電效率，但始終面臨一個(gè)很大挑戰(zhàn)，因?yàn)楸∧ぬ?yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換活動(dòng)發(fā)生在薄膜表層的下面層，并且這種能量轉(zhuǎn)換活動(dòng)是實(shí)時(shí)發(fā)生變化的，這使得人們很難拍攝到能量轉(zhuǎn)換活動(dòng)的畫(huà)面。在無(wú)法弄清楚這種能量轉(zhuǎn)換活動(dòng)的前提下，提升發(fā)電效率自然無(wú)從談起。

（計(jì)算機(jī)模擬的太陽(yáng)能電池吸光時(shí)的3D動(dòng)圖 來(lái)源Berkeley Lab）

勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家發(fā)明的這種光學(xué)顯微鏡，成功解決了這個(gè)難題。在標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)技術(shù)無(wú)法拍攝材料內(nèi)部的活動(dòng)情況下，他們運(yùn)用了一種叫「雙光子顯微術(shù)」的方法，該技術(shù)能做到在微米級(jí)別對(duì)材料的光電子動(dòng)態(tài)進(jìn)行拍攝。該技術(shù)依靠紅外光子激光穿透 PV 面板，當(dāng)兩種低能量的光子匯聚到同一點(diǎn)，便有了足夠的能量觸發(fā)電子。電子能被追蹤，科學(xué)家借此觀察電子活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

（3D圖像顯示，加入某化學(xué)物質(zhì)后，太陽(yáng)能電池的效率顯著提升 來(lái)源Berkeley Lab）

該團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家 Edward Barnard 表示，「為顯著提高 PV 太陽(yáng)能面板的發(fā)電效率，我們必須在微米范疇觀察材料表層及表層之下的動(dòng)態(tài)，我們的最新技術(shù)讓我們做到了這一點(diǎn)?！?/p>

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，激光束能繪制一幅 3D 的太陽(yáng)能電池材料的光電動(dòng)態(tài)圖。目前，該科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)運(yùn)用此種技術(shù)，觀察了解到碲化鎘（CdTe）太陽(yáng)能電池在增加某種化學(xué)物質(zhì)后，能提高太陽(yáng)能電池的性能。所以，這項(xiàng)技術(shù)能幫助研究者在提高薄膜太陽(yáng)能的研究中，做出更明智的決定。

該研究成果已發(fā)表在 11 月 15 日頂級(jí)材料科學(xué)學(xué)術(shù)刊物《先進(jìn)材料》上。相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，已可通過(guò)YouTube進(jìn)行觀看。