德州农工大学中部分校 Taylor Harvey 博士
永远不用更换电池的闹钟、会自己发电的房子……人类总是做着这种异想天开的美梦。
然而这些在过去所谓的“白日梦”而今正成为光伏的前景应用之一——将光转化为电，仍然是当前备受关注的前沿科技领域。
德州农工大学中部分校的 Taylor Harvey 博士长期深入研究光伏发电。他任职于德州农工大学中部分校的副教授，同时担任该校工程实验站的区域主任。他还是下一代光伏中心的成员，该中心的长期目标是推动光伏发电成为世界主要能源。
光伏产业正以惊人的速度增长。根据下一代光伏中心的数据，仅在 2016 年，中国和美国的新装光伏设备就让全球太阳能光伏发电能力增长了 50%。太阳能电池新材料作为光伏产业的主力军，研发刻不容缓。
Harvey的研究重点便是开发太阳能电池新材料即光伏材料，以此提高太阳能电池制造业的效率。这其中包含了两重目标，一是需要提高电池的制造效率，二是生产出的电池能进行高效率的光电转化，每项目标都任重而道远。
目前蓬勃发展的光伏产业主流材料有：硅、钙钛矿与薄膜光伏材料。其中采用硅基材料制造太阳能电池需要较厚的衬底，因此十分昂贵、沉重、且不灵活。而另一种新材料——钙钛矿虽然深受追捧，但其稳定性及光电转化效率仍待提高。
Harvey团队一致看好薄膜光伏材料，它吸收光的效率远超硅基太阳能，所采用的材料更轻，效率也更高。“但我们研究这些材料处于起步阶段，” Harvey表示。“现阶段我们想了解薄膜材料以及它们的加工工艺，以便制造薄膜电池。”
另一个问题是，太阳能电池的质量如何评估呢？
Harvey 和他的团队利用 光致发光 来评估。因为，太阳能电池的发光可以指示太阳能电池晶体的质量。
具体来说：半导体作为太阳能电池的基础材料，以特定的波长发光。通过光谱仪可以观察并测量到材料是否发光以及发光的均匀性。合格的太阳能电池材料应该具有相同的光波长和强度分布。“我们经常看到样品上不同位置发出不同的光波长，”他说，“这说明制造过程发生了一定程度的缺陷。”
因此，在研发新材料过程中，Harvey通过测量样品的发光性能来评估潜在的半导体特性，发光性能越好，太阳能电池的效率就会越高。
配备 HORIBA iHR320 成像光谱仪的 HORIBA MicOS显微光致发光光谱测量系统
Harvey团队利用 HORIBA MicOS (一种完全集成的显微镜光谱仪）对样品进行预扫描，并在整个样品上使用光致发光进行初步分析，Harvey对仪器的强大功能感到非常兴奋：“然后我们会进行一些成像测量，这个阶段有机会能看到一些特殊的区域。如果在这些区域发现一个异常信号位置，就可以用安装在扫描电子显微镜上的 HORIBA CLUE (阴极发光通用扩展）进行微区扫描。”
Harvey博士试图找到样本中性能较差的部分，以便更好理解样品，并用于基础研究和应用。“我们正在学习如何去除效率较低的缺陷，”他说。“比如薄膜沉积技术，我们尝试用各种不同的方法去除低效率的缺陷，希望藉此淘汰光致发光性能较差的部分。”
Harvey博士仍在致力于开发性能更好的光伏材料，希望它们可以融入我们的日常生活。“我与德克萨斯大学合作开发的太阳能薄膜可以实现在任何低成本材料上制作太阳能电池，如塑料和纸”Harvey 说。但研发的障碍并非成本，而是这些光伏材料将光转化为电的能力。目前，薄膜光伏材料制造的太阳能电池仍然不如硅光电池有效。
他说：“我们正试图了解这些材料的效率，使其变得更加商业化。目前看来还需至少5年时间。”
追光不止，梦想就必定成真。现在，Harvey 和他的团队正在利用光致发光技术进行更深入的探索，努力让我们的日常生活变得更加便利、美好。我们相信，光伏行业也将随着各种新材料的不断面世蓬勃发展，再攀高峰！
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