新材料Si22具有卓越的光伏性能 & 电子顺磁共振技术研究太阳能电池的光诱导降解

具有五边形结构的硅异构体Si22。

尽管近年来有大量光伏材料被发现，在硅仍是商用太阳能电池板生产的主要的原材料。这是因为其来源丰富且相对便宜，并且也被广泛用于与电子技术相关的产品。然而，硅目前对太阳光的吸收率并不高，这就限制了太阳能电池的效能。

近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和芝加哥大学的研究人员发现了一种由硅原子以五边形几何排列组成的新材料——Si22，并对Si22的电子、机械和光学特性进行了分析。研究结果已发表于Nano Letters。研究结果表明，新的硅异构体显示出了卓越的光伏性能，并也有可能在碳封存和量子计算等领域有重要应用。他们正在研究如何利用新材料来提高对太阳能的利用效率。

研究人员提到，Si22的电子能级决定了其具有合适的带隙，因此能够最大限度地吸收太阳光。对其磁矩的研究结果表明，当氢气被引入Si22的结构时，被冲击的电子轨道在外来原子附近局域在小尺度。也就是说，所产生的磁矩不是广泛地分布在整个原子结构中，而是集中在一起，并受到周围环境的保护。另外，他们还分析了这种新材料的声子模式。在Si22中，在非常低的温度下，H附着的Si原子会轻微振动，而周围的Si原子则不会移动。这种稳定性可以为低温下运行的量子计算提供一个优势，即减少干扰计算过程的振动。Si22还具有碳封存的潜力，即可用于缓解气候变化。由于Si22的中空结构，它可以让分子融入化合物中。因此可以将二氧化碳封存在该结构内。

美国能源部研究人员Abigail Meyer。

美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）等研究人员正在应用一种新技术来识别硅太阳能电池中导致效率下降的缺陷，即所谓的光诱导降解。光诱导降解现象会将硅太阳能电池的效率降低约2%。考虑到其工作的30至40年的寿命，这就意味着输出总功率的大幅下降。

由硅制成的太阳能电池占全球市场的96%以上，制造这些电池时最常用的半导体是由掺硼硅制成。但是，掺硼硅很容易受到光诱导降解的影响。研究人员Abigail Meyer等在Energy & Environmental Science 发表了确定光诱导降解现象的来源的研究。

他们使用了电子顺磁共振来确定造成光诱导降解的缺陷，并使用显微镜检查首缺陷特征。并且，当他们应用一些经验性复原过程时，该缺陷特征消失了。另外，研究人员还发现了第二个与光诱导降解不同的，受光照影响的电子顺磁共振谱特征。因此，他们推测，并非所有由光诱导的原子变化都会导致降解。