該研究為減少其界面缺陷和實現載流子的選擇性傳輸提供了有效策略,可作為一種普適的方法在提升異質結電池效率和穩定性方面得到應用,并為其他類型的薄膜太陽電池的研究提供新思路。

晶體硅(c-Si)太陽電池的降本增效是發展和普及光伏發電、實現“碳達峰、碳中和”目標的重要推動力。以非晶硅/晶體硅異質結(SHJ)為代表的鈍化接觸太陽電池已獲得較高的轉換效率,受到產業界的廣泛關注;SHJ電池存在的寄生光吸收高、設備和工藝成本高等問題促使學界尋找替代材料和工藝。

近日,中國科學院上海高等研究院研究員李東棟、副研究員魯林峰等人在ACS Applied Materials & Interfaces上,發表了題為Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer的研究成果。

晶體硅與p型Cu2O材料具有低的價帶偏移和高的導帶偏移,因此,c-Si/Cu2O異質結可對電子進行阻擋,實現空穴的選擇性傳輸。該研究中,研究人員以p-Si/Cu2O鈍化接觸異質結太陽能電池為研究對象,發現直接的p-Si/Cu2O接觸將導致一個自發形成的亞化學計量比SiOX夾層。同時,Cu元素也擴散到硅表面形成深能級摻雜,減少少數載流子壽命。研究人員隨后在p-Si/Cu2O界面上引入超薄Al2O3層(~1 nm),它不僅能夠起到鈍化隧道層的作用,而且還抑制了Si/Cu2O界面上的氧化還原反應和Cu擴散。結合金的高功函數和銀的優異光學特性,基于p-Si/Al2O3/Cu2O/Au/Ag鈍化接觸的太陽電池功率轉換效率可達到19.71%,為已報道的同類型電池的最高水平。該研究揭示了p-Si/Cu2O鈍化接觸的界面特性和載流子傳輸機制,為減少其界面缺陷和實現載流子的選擇性傳輸提供了有效策略,可作為一種普適的方法在提升異質結電池效率和穩定性方面得到應用,并為其他類型的薄膜太陽電池的研究提供新思路。

研究工作獲得國家自然科學基金委員會、上海市科委和中科院青年創新促進會等的支持。

晶體硅,太陽電池,光伏發電

圖1.p型Si片上沉積Cu2O和Al2O3/Cu2O疊層薄膜后的(a)少子壽命隨注入濃度的關系,以及(b)飽和電流密度(J0S)

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圖2.p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜的Cu 2p, Cu LMM, Si 2p 以及O 1s的XPS圖譜

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圖3.p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜截面的高分辨透射電子顯微鏡照片以及相應的能譜分析

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圖4.(a)p-Si/Al2O3/Cu2O背接觸異質電池示意圖,以及不同疊層器件的(b)電流密度-電壓(J-V)和(c)外量子效率(EQE)曲線。(d)在不同金屬背電極下,體硅和電極的光吸收特性

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