Ett team av forskare vid University of Manchester har löst en viktig brist i solpaneler efter 40 års forskning runt om i världen.

Solpaneler är bland det mest tillgängliga systemet för att generera energi genom förnybara källor på grund av deras relativa kostnad och konsumenttillgänglighet. Dock, majoriteten av solcellerna uppnår bara 20 procents effektivitet - för varje kW ekvivalent solljus, cirka 200W elektrisk kraft kan genereras.

Nu har ett internationellt team av forskare löst en viktig grundläggande fråga om materialfel som begränsar och försämrar solcellens effektivitet. Problemet har varit känt och studerat i över 40 år, med över 270 forskningsartiklar tillskrivna problemet utan lösning.

Den nya forskningen visar den första observationen av en tidigare okänd materialdefekt som begränsar kiselsolcellens effektivitet.

Prof Tony Peaker, som samordnade forskningen som nu publicerats i Journal of Applied Physics sade:"På grund av den miljömässiga och ekonomiska påverkan, solpanelens "effektivitetsförstöring" har varit föremål för stort vetenskapligt och ingenjörsintresse under de senaste fyra decennierna. Dock, trots att några av de bästa sinnena i branschen arbetar med det, problemet har stadigt motstått upplösningen fram till nu. "

"Under de första drifttimmarna efter installationen, en solpanels effektivitet sjunker från 20 procent till cirka 18 procent. En absolut minskning med 2 procent i effektivitet kanske inte verkar vara en stor grej, men när du tänker på att dessa solpaneler nu är ansvariga för att leverera en stor och exponentiellt växande bråkdel av världens totala energibehov, det är en betydande förlust av elproduktionskapacitet. "

Energikostnaden för denna brist över världens installerade solkapacitetsåtgärder under 10 -talet gigawatt, detta motsvarar mer energi än vad som produceras av Storbritanniens sammanlagt 15 kärnkraftverk. Solbristen måste därför mötas av andra mindre hållbara energikällor som att förbränna fossila bränslen.

Det tvärvetenskapliga experimentella och teoretiska tillvägagångssättet som forskarna använde identifierade mekanismen som är ansvarig för ljusinducerad nedbrytning (LID). Genom att kombinera en specialiserad elektrisk och optisk teknik, känd som "transient spektroskopi på djup nivå" (DLTS), laget har avslöjat förekomsten av en materialdefekt som initialt ligger vilande inom kiselanvändningen för att tillverka cellerna.

Den elektroniska laddningen inom huvuddelen av kiselsolcellen omvandlas under solljus, del av sin energiproducerande process. Teamet fann att denna omvandling innebär en mycket effektiv "fälla" som förhindrar flödet av fotogenererade laddningsbärare (elektroner).

Dr Iain Crowe sa:"Detta flöde av elektroner är det som avgör storleken på den elektriska ström som en solcell kan leverera till en krets, allt som hindrar det minskar effektivt solcellens effektivitet och mängden elektrisk kraft som kan genereras för en given solljusnivå. Vi har bevisat att felet finns, det är nu en teknisk fix som behövs. "

Industristandardtekniken som används för att bestämma kvaliteten på kiselmaterialet mäter livslängden för laddningsbärare, som är längre i högkvalitativt material med färre "fällor". Forskarna i Manchester under ledning av prof Matthew Halsall fann att deras observationer var starkt korrelerade med denna laddningsbärares livstid, som reducerades avsevärt efter transformering av defekten under belysning. De noterade också att effekten var reversibel, livslängden ökade igen när materialet värmdes i mörker, en process som vanligtvis används för att ta bort "fällorna".

Pappret, "Identifiering av mekanismen som är ansvarig för det boroxygenljus som induceras nedbrytning i fotovoltaiska celler av kisel, "publiceras i Journal of Applied Physics .