盧森堡大學的物理學家與國際科學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系（DPhyMS）內(nèi)由Phillip Dale教授領(lǐng)導的能源材料實驗室（LEM）和Susanne Siebentritt教授領(lǐng)導的光伏實驗室（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，他們當時分別是盧森堡大學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?，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)的是：當富含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》。