一种三维图像太阳能电池的新方法

下一代太阳能电池半导体材料的超薄薄膜有望因为它们相对便宜和足够的灵活性，可应用于仅约任何地方。

研究者们正在大大提高薄膜太阳能电池将太阳光转化为电能的效率。但它是一个严峻的挑战，部分原因是太阳能电池的地下境界 — — 很多能量转换行动发生的地方 — — 是不可及的实时、 无损成像。它很难改善的流程你看不见。

现在，从能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室 （伯克利实验室） 科学家开发了一种使用光学显微镜来图三维薄膜太阳能电池，它们吸收的光子方式。

在分子铸造厂，位于伯克利实验室美国能源部科学办公室用户设施建立了方法，报道 11 月 15 日在杂志先进材料。它的图像光电动力学的材料在微米尺度上，或比人类头发直径的薄。这是小到可以看到单个晶粒边界、 基底界面和其他内部的障碍，可以捕捉激发的电子，防止他们到达电极，削弱了太阳能电池的效率。

到目前为止，科学家们利用技术来更好地理解为什么将一种特定化学物质添加到太阳能电池由碲化镉 (CdTe) — — 最常见的薄膜材料 — — 提高了太阳能电池的性能。

“要在光伏效率取得很大进步，我们需要看到整个工作光伏材料在微米尺度上，表面上和下，发生了什么和我们新的方法允许我们做到这一点，”爱德华纳德，分子铸造主要科学工程研究员说。他与詹姆斯 · 舒克，分子铸造的成像和操纵的纳米结构设施主任领导的努力。

影像处理方法是来自植物光伏公司，设在加州阿拉米达公司诞生于分子铸造科学家和铸造用户之间的协作。虽然制作新的太阳能电池材料在分子铸造厂、 团队发现标准光学技术不能图像材料内部工作情况，所以他们开发的新的技术来获取此视图。接下来，来自国家可再生能源实验室的科学家们来到分子铸造和用新的方法来研究碲化镉太阳能电池。

制定办法，科学家们修改了一种叫做双光子显微镜 （这使用生物学家来看到里面厚厚的样品，例如活组织） 技术，它可以用于散装半导体材料。

该方法利用红外穿透内光伏材料的光子高度集中的激光束。当两个低能量的光子汇聚在同一精确定位时，还有足够的能量，激发电子。可以跟踪这些电子，看看他们多久他们兴奋的状态，与长寿命电子显微镜图像中的亮点出现。一种太阳能电池，长寿命电子是更容易达到电极。

此外，激光束可以系统地重新定位整个测试大小的太阳能电池，创造一种太阳能电池的整个光电动态三维地图。

该方法已经揭示处理碲化镉太阳能电池与氯化镉，其中经常添加的制备过程中的好处。

科学家们知道氯化镉提高了碲化镉太阳能电池的效率，但对激发的电子，在微米级的影响不很清楚。研究表明，氯离子往往堆积在晶界，但这是如何改变激发态电子的寿命是不清楚。

由于新的成像技术，研究人员发现镉氯化处理增加激发态电子在晶界，以及内颗粒本身的寿命。这是很容易看到的碲化镉太阳能电池与无治疗的三维图像。处理后的太阳能电池”灯”更均匀整个材料，在谷物和在之间的空格中。

巴纳德说:”科学家们氯化镉钝化改善生存期中碲化镉电池，电子，但现在我们已经映射在微米级这种改善出现的位置，”。

新的成像技术可以帮助科学家们作出更明智的决定，关于提高薄膜太阳能电池材料碲化镉，除了钙钛矿和有机化合物等主机。

“研究人员试图推动光伏发电效率可以使用我们的技术，其战略是否正常工作的尺度，将帮助他们设计更好的测试规模太阳能电池 — — 和最终全尺寸的太阳能电池屋顶和其他真实世界的应用程序，”他说。

研究支持通过能源部科学办公室，从办公室的能源效率和可再生能源的能源部太阳计划奖。