歐洲研究人員尋找耐熱太陽能電池材料

    鋰電世界  歐洲研究人員開發出一種簡單的熱力學方法，可以預測一種物質是否能耐受高溫，用于生產常規薄膜，制成光伏設備。這種新方法有助于科學家尋找更好的能源材料。瑞典烏普薩拉大學（Uppsala University）的喬納森·斯克拉格（Jonathan Scragg），還有他的一些同事來自的英國巴斯大學（University of Bath）和盧森堡大學（University of Luxembourg），他們的成果發表在4月24日的《化學物理物理化學》（ChemPhysChem）雜志上，題為《熱力學合成薄膜材料用于太陽能電池》（Thermodynamic Aspects of the Synthesis of Thin-Film Materials for Solar Cells）。

    “有許多事情要考慮，因為要尋找理想的材料，用于太陽能電池，”斯克拉格說。“這種材料必須非常有效地把光轉換成電能，不應該包含任何稀有的，昂貴或危險的原材料，必須易于制造，具有高品質。”然而，現有的大多數無機非硅薄膜太陽能電池技術，采用的要么是有毒物質，如碲化鎘（CdTe：cadmium telluride），要么就是比較少見的物質，如銅銦鎵硒（CIGSe：copper indium gallium selenide）。因此，世界各地的許多研究人員都在尋找替代材料，以克服這些局限性。“我們正面臨著一個巨大的問題”，斯克拉格說。“大自然提供了如此眾多的不同材料，不可能每一種都測試。我們介紹了一種方法，可以大大簡化這一問題。”

    在制造過程中，太陽能電池材料必須加熱到很高的溫度，這一步稱為退火，這樣它們就可以結晶，達到要求的質量。然而，很多材料無法耐受這樣的高溫，會碎裂，根本不適合使用。斯克拉格和同事現在找到一種方法，可以事先確定，一種物質是否能夠耐受生產過程中產生的高溫。他們預測，熱處理中，反應發生在幾層多元半導體化合物上，采用不同襯底，而且表明，退火條件可以控制，以最大限度地提高材料的穩定性和質量。

    科學家們研究了不同的物質，如銅銦鎵硒（CIGSe），銅鋅錫硒（CZTSe），和其他不太知名的三元和四元半導體。斯克拉格認為，新的方法有很大的幫助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永遠不會滿足太陽能電池的要求。這些替代材料中，只有為數不多的獲得所需的時間和資源，得到開發，達到足夠高的水平。我們不是專注于一種單一的材料，而是采取更廣泛的做法，提供的這種方法可以確定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他說。