太阳能发电几乎完全是由由硅制成的吸光电池构成的电池板或模块产生的。硅是行业标准，因为它可靠、廉价，结构和性能都很好理解。
但硅电池模块将阳光转化为电能的效率仅略高于20%，而且其生产相对昂贵和复杂。因此，降低相对于产量的技术成本的努力包括不同的材料或材料的组合。其中一种混合物是镉、硒和碲，缩写为CdSeTe，俗称“CadTel”。
亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院Holman研究小组的助理研究教授Arthur Onno说:“CadTel只占光伏市场的5%，但它有巨大的潜力。”“例如，这种吸收器比硅电池的吸收器薄约40倍。此外，CadTel电池可以通过一种更高效的蒸汽传输沉积生产工艺直接应用到组件的前玻璃上，这与硅的情况不同。这些差异可能会显著改变太阳能电池板的制造和成本结构。”
然而，目前的CdSeTe器件显示出对其性能影响不大的电压缺陷。onno说，研究CdSeTe的研究团体缺乏必要的工具和技术来检查电压损失，并以改进硅基太阳能电池的常见方法来指导优化。
奥诺说:“这意味着问题往往与设备的‘这一部分’或‘那一部分’有关，而没有任何明确的量化损失或发挥作用的机制。”“这有点像‘瞎飞’，所以这是一个为这个领域做出重要贡献的真正机会。”
为了抓住这个机会，onno一直在进行一个为期三年的项目，以开发一种理解为什么CdSeTe太阳能电池电压不高的方法，从而阐明改进性能的未来道路。
这项工作由霍尔曼研究小组领导，该小组隶属于电气、计算机和能源工程学院，是ASU七个富尔顿学院之一，与科罗拉多州立大学下一代光伏中心、科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室和亚利桑那州坦佩的第一太阳能公司合作。他们的研究得到了美国能源部太阳能技术办公室150万美元的资助。
“我们已经成功地确定了一种可行的技术。这种测量方法被称为外部辐射效率(ERE)，”奥诺说。“我们开始把它用于我们的项目合作伙伴生产的太阳能电池，我们发现了很多隐藏的潜力。
他说:“我们还了解到，限制电压的主要机制并不一定与电池内部的缺陷有关，也不一定与组成电池的不同材料之间的界面有关。”“这通常是在CadTel社区的假设。但相反，这是一个选择性的问题，即细胞内的电子走错了路，相互抵消。”
选择性损耗对应于电池内部和外部电压的下降。内部电压是吸收体内部缺陷及其界面处如何将电压降低到理想热力学极限以下的度量。外部电压对应于内部电压减去由于半透膜的非理想行为造成的损失，半透膜夹住或包裹细胞吸收器并引导电子进出细胞以产生电流。
选择性损失的存在意味着这些半透膜是不完美的，onno说CdSeTe社区长期以来一直认为半透膜不是问题，因此忽略了这些损失。
该团队的新研究表明，事情比假设的要复杂得多，而且需要更精确的计算，因为不同的设备显示出不同类型的电压损失。因此，通过ERE测量内部电压的能力是一项重要的创新。
Onno说，通过添加砷等元素来“掺杂”吸收剂有助于减少选择性损失。之所以会这样，是因为用这种方法设计的吸波器可以让电子只以一种方式流过半透膜，从而支持半透膜的作用。
这意味着，即使半透膜保持不变，通过掺杂改变吸收器的制造可以改变整体选择性。onno说这很重要，因为它表明有多种方法可以实现低选择性损耗和提高CdSeTe设备的效率。
这些新发现被揭示在“了解是什么限制了多晶CdSeTe太阳能电池的电压”，一篇由onno和他的同事写的新论文，发表在研究期刊《自然能源》上。
接下来，研究小组将应用这项测量技术来帮助改进用其他先进材料生产的太阳能电池，比如钙钛矿，这是一种吸收电磁光谱的不同部分的化合物，而不是硅。
研究结果也将应用于传统的硅太阳能电池。霍尔曼研究小组正在支持一个由富尔顿学校电气工程副教授Mariana Bertoni领导的项目，以监测该领域设备的退化情况。ERE技术是通过玻璃工作的，因此已经封装在商业模块中的太阳能电池可以用一种目前不可能使用的方法进行评估，这种方法被称为准稳态光电导，或QSSPC。
“我们也致力于将这项技术应用到工业领域，”霍尔曼研究小组主任、富尔顿学院电气工程副教授扎卡里·霍尔曼说。“我们已经为几家国内太阳能电池和组件制造商复制了这种测量技术。”
每个公司购买的组件从霍尔曼研究集团提供的列表。随后，ASU团队组装了ERE设备，并与制造商的一名工程师进行了实验室培训，然后将所有设备运回现场。
霍尔曼说，他的小组计划继续分配新能力，并借助亚利桑那州新经济计划(NEI)的启动来推动凤凰城和该州成功培育高科技产业。
他说:“NEI的先进材料、工艺和能源器件科学技术中心(简称amp)将光伏作为一个推进领域。”“最近，它扩大了对这项创新进一步商业化的支持，这将真正帮助我们将其推向世界，并产生影响。”
参考:
Arthur Onno, Carey Reich, Siming Li, Adam Danielson, William Weigand, Alexandra Bothwell, Sachit Grover, Jeff Bailey, Gang Xiong, Darius Kuciauskas, Walajabad Sampath, Zachary C. Holman。了解什么限制了多晶CdSeTe太阳能电池的电压。自然能源,2022;DOI: 10.1038 / s41560 - 022 - 00985 - z推荐阅读：澳大利亚房价
