物理学家找到了让太阳能电池更好的新方法

随着社会走向可再生能源的未来，太阳能电池板将光尽可能有效地转化为电能至关重要。

一些最先进的太阳能电池接近理论最大的效率 - 犹他大学和赫尔莫霍尔特鲁姆柏林的物理学家都弄清楚了一种让他们更好的方法。

在一个新的研究中，物理学家使用称为互相关噪声光谱的技术来测量在硅太阳能电池内部材料之间流动的电流中的微型波动。欧洲杯足球竞彩研究人员确定了传统噪声测量方法完全看不见的关键电噪声信号。它们还能够确定导致噪声的可能物理过程，这通常会导致能量损失和更低的效率。

“测量一个物体上的噪声是相对简单的。你可以直接购买这样的设备。但困扰我们的问题是，这些设备也有噪音，”凯文达文波特说，纸上的U和铅作者的物理学助理师。“这种互相关技术使我们不仅可以测量设备的噪声，而且还可以测量我们的检测器的噪音并将其移除，以便我们可以看到大量，噪声信号更小。

这项技术发表在6月24日的杂志上科学报告，是改善更好太阳能电池的材料界面的重要新工具，或者分析其他复杂设备中的低效率。

“对工业来说，效率的微小改善是多么重要，这令人惊讶。由于生产的规模，仅仅一个百分点的提高就能转化为数十亿美元，”克劳斯·利普斯说。他是柏林自由网(Freie Universität Berlin)的物理学教授，也是柏林亥姆霍兹中心(Helmholtz-Zentrum)的系主任，该中心设计和制造了太阳能电池。

“过去，我们使用互相关技术来研究相当简单的研究级发光二极管，但这种方法的优点在这项工作中真正得到了体现，”Andrey Rogachev表示，该研究的U和共同作者的物理学教授。“它超越了太阳能产业。在任何具有许多层的设备中，材料之间的每个界面都可以以某种方式减少效率。这是如此复杂，你必须真正谨慎地说出什么，更重要的是，更重要的是，更重要的是，欧洲杯足球竞彩发生特定噪音的地方。事实证明，这种技术允许我们这样做。“

正如现代研究中经常发生的那样，单一的方法不足以理解复杂的设备。柏林Helmholtz-Zentrum的博士后研究员、该研究的合著者C.T. Trinh对噪声数据的解释很大程度上得益于太阳能电池模拟。最后一位合著者是马克·海沃德(Mark Hayward)，他当时在美国大学做本科生研究，现在是加州大学欧文分校(University of California, Irvine)的研究生。

分析噪声

该研究分析了硅异质结太阳能电池(hsc)，这是一种高端的单材料太阳能电池，目前市场上效率最高的同类电池——26.7%的光击中电池转化为电能。相比之下，住宅太阳能电池板的电池效率在15%到20%之间。

在HSC中，当由晶体硅制成的光电子的单个光颗粒吸收的单个光颗粒并产生带负电的电子和带正电的孔的一对时，发电开始，这是欧洲杯猜球平台由缺失的电子引起的电荷。然后通过由由含有杂质改性的氢化非晶硅制成的两个选择性触点产生的电场以相反方向拉动电子和孔。该过程产生了我们用作电力的电流。问题是选择电极和光活性硅不完美地匹配，产生捕获电子的缺陷。为了消除研究级太阳能电池中的这些缺陷，如研究中的那些，科学家们将它们之间的纯无定形硅的超薄层。最后，所有这些五层都夹在两层透明导电材料之间，称为ITO和金电极。

造血干细胞的效率取决于不同的层如何连接在一起。两层之间的微小不匹配会使电子难以到达它们需要去的地方——这一问题将产生噪声信号。

“那个问题是在这些接口内隐藏的一种，并且真的很难检测到任何类型的信号。但是我们使用的噪声技术对真实的，非常敏感，非常小的单个信号”达文波特说。这就像听不同乐器演奏的音符，他继续说道。小提琴上的c音和大提琴上的c音是一样的，但是它们听起来不一样。如果你要分析这个音符，你就可以找出一些信息来了解产生这个音符的乐器，比如弦的长度或材质。

“我们也做类似的事情。我们可以看到不同的噪声信号在频率轴上的不同位置。我们可以说，‘好的，我们看到的这部分笔记，我们可以归因于这个物理过程，而这部分是一个不同的物理过程，’”达文波特说。“但该设备充满了这些过程，所有这些过程都会产生噪音，很难消除它们——就像从200人的合唱中抽出一个声音。”这项技术使我们能够去除大量不需要的信号。”

映射效率低下

硅质造血干细胞本身就很优秀，但它们仍然有局限性。研究小组的新技术确定了该设备的关键领域，在这些领域，特定的物理过程产生了电信号。在未来，这些阶段的小调整可以提高这些电池的效率，以及未来的太阳能电池。在筛选电子杂音以发现相关信号后，物理学家进行了模拟，以查明信号所在位置发生了什么物理过程。

下一代太阳能电池被称为串联电池，它是由不同的光伏材料堆叠而成，每一种材料都对太阳光线的不同部分敏感，使这种设备有能力产生更多的能量。欧洲杯足球竞彩一种提议的器件层是热票钙钛矿材料。

“在一起，新的太阳能电池可以自行突破硅装置的极限，超过30％的效率，”嘴唇说。

在这种效率的边缘，小的损失很重要。材料科学家已经观察到这样一种损失;透明ITO的沉积以某种方式改变了底层的硅层，产生了降低设备效率的缺陷。研究人员在这项研究中发现的主要电噪声信号之一是在这个界面，电荷被捕获和释放的地方。另一个主要信号发生在设备背面的孔通过一个类似的屏障时。

“探测这些信号的能力意味着我们可以了解它们的来源并减轻它们，”达文波特说。

犹他大学的这项研究得到了美国国家科学基金会的支持，在Helmholtz-Zentrum则得到了DFG的支持。

来源:https://www.utah.edu/