近日，纽约大学坦登分校领导的研究团队取得一项重要成果，开发出一种新技术，可显著提升碲化镉(CdTe)太阳能电池的性能。
与使用厚层硅的传统硅板不同，CdTe太阳能电池采用在玻璃上沉积一层超薄的镉和碲化合物层的更简单、更便宜的方法。这种更薄的设计不仅降低了制造成本，还有助于电池在高温和弱光条件下保持高效。目前，CdTe太阳能电池虽不如传统硅电池板常见，但作为新兴技术，主要用于公用事业规模的太阳能发电场，约占美国大型太阳能装置的40%。
然而，CdTe太阳能电池在关键的制造步骤——添加金属线以收集电池电能时，一直面临挑战。施加金属触点的高温工艺可能会损坏材料，尤其是在微观晶体区域相接的边界处，这种损坏会降低电池的功率输出。
在发表于《ACS 应用材料与界面》杂志的一项研究中，研究团队发现，在添加金等金属触点之前，先涂覆一层超薄氧化物涂层——氧化铝镓(AlGaOₓ)或氧化硅(SiOₓ)，可以防止材料损坏。涂层会自然聚集在晶体区域之间脆弱的边界上，保护它们，同时使其余表面保持清晰以便进行电接触。这种简单且可扩展的解决方案极大地提高了电池的电力输出，使其可产生的最大电压提高了13%，并提高了总发电量。
纽约大学坦登分校化学和生物分子工程教授、该论文作者之一安德烈·泰勒表示：“硅太阳能电池的额定工作温度是室温，但其性能会随着温度升高而下降。CdTe电池则不会出现这个问题，这使得它们在加勒比海地区或赤道附近等较温暖的地区尤其有价值。”该论文的通讯作者是B. Edward Sartor，他在进行这项研究时是Taylor实验室的博士生。
有了保护层，太阳能电池的开路电压从750毫伏提高到850毫伏。如果氧化层足够薄，能够避免电阻增加，填充因子(另一个关键的效率指标)也会得到改善。Taylor解释称，当蒸发金触点时，AlGaOₓ层可以保护电池，因为金触点在高温下会凝结在电池表面。如果没有这种保护，就会损坏界面，并产生降低设备性能的缺陷。
氧化层通过简单的旋涂工艺涂覆，这是半导体制造中广泛使用的技术，可以精确控制覆盖范围。研究人员还发现，该方法适用于不同的金属触点，包括金和钼，并且与氮掺杂碲化锌(ZnTe:N)缓冲层结合使用时显示出潜在的优势，这有助于促进太阳能电池中正电荷载流子(空穴)的移动。
泰勒表示：“这一发现为提高CdTe太阳能电池的效率和可靠性提供了一条充满希望的途径。这是对现有制造工艺的直接调整，有望推动太阳能生产的发展。”
这项研究正值美国太阳能制造业的关键时刻。在硅太阳能电池市场被中国抢占后，CdTe技术为重建美国国内制造能力提供了战略机遇，First Solar等公司将引领这一趋势。该技术还提供了独特的可持续性视角：关键成分碲可以从铜矿开采中提取出来，而此前碲在铜矿开采中被视为废料，因此有可能创造新的经济价值。
更多信息：B. Edward Sartor等人，《通过氧化物电介质选择性隔离表面晶粒边界提升 Cd(Se,Te) 器件性能》，ACS 应用材料与界面(2025)。
