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上海高研院金屬氧化物/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池研究取得進(jìn)展

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1090次  |  2020年04月21日  

近日,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院聯(lián)合晉能清潔能源科技股份公司,在新型金屬氧化物/硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池研究中取得進(jìn)展,相關(guān)結(jié)果以InterfacialBehaviorandStabilityAnalysisofp-TypeCrystallineSiliconSolarCellsBasedonHole-SelectiveMoOX/MetalContacts為題發(fā)表在AdvancedMaterials子刊SolarRRL上(DOI:10.1002/solr.201900274)。


光生載流子的空間有效分離和收集是晶體硅以及其他類(lèi)型光伏器件的核心問(wèn)題之一。在晶體硅表面形成載流子選擇性接觸層,允許一種載流子通過(guò),而對(duì)另一種載流子起阻擋作用。相對(duì)傳統(tǒng)的擴(kuò)散摻雜技術(shù),選擇性接觸層可以減緩重?fù)诫s帶來(lái)的不利因素(如俄歇復(fù)合、帶寬變窄)?;谳d流子選擇性接觸原理,非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)(HeterojunctionwithIntrinsicThinlayer,HJT)電池已實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。上海高研院研發(fā)團(tuán)隊(duì)與晉能清潔能源科技股份公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的HJT產(chǎn)業(yè)技術(shù)已在6英寸電池片上獲得24.7%的效率。然而,HJT電池還面臨著如熱穩(wěn)定性差、寄生光學(xué)吸收等問(wèn)題。


著眼于此,上海高研院研究員李東棟、副研究員殷敏及項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)在p型晶體硅背面構(gòu)筑了Si/MoOX/Al(xlt3)異質(zhì)結(jié)全背接觸電池(圖1a),系統(tǒng)論證了MoOX的空穴傳輸性能、鈍化性能及界面穩(wěn)定性??紤]到金屬Ag和Cu在長(zhǎng)波長(zhǎng)有更高的反射率,進(jìn)一步構(gòu)建了p-Si/MoOX/Ag和p-Si/MoOX/Cu電池,分別得到了18.74%和17.61%的轉(zhuǎn)換效率,高于p-Si/MoOX/Al電池的16.36%。p-Si/MoOX/Ag電池的大面積電池(246.21cm2)效率亦達(dá)18.49%(圖1b)。


文章通過(guò)仔細(xì)研究Si/MoOX/金屬界面演化,揭示了電池效率衰減的原因。Si/MoOX極易發(fā)生氧化還原反應(yīng),在薄膜沉積過(guò)程中即形成SiOX過(guò)渡層;MoOX/金屬界面則發(fā)生氧化還原反應(yīng)(Al電極)(圖1c)或金屬原子的擴(kuò)散(Ag、Cu電極)。這些界面變化使得MoOX的電子態(tài)升高、功函數(shù)降低,影響其對(duì)空穴的選擇性傳輸。該工作指出了選擇合適的MoOx臨近層材料及界面精細(xì)調(diào)控對(duì)于提升MoOX基異質(zhì)結(jié)電池穩(wěn)定性的重要性。


文章的第一作者是上海高研院博士曹雙迎。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市科委和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。


(a)p-Si/MoOX/金屬電池結(jié)構(gòu)示意圖;(b)p-Si/MoOX/Ag大面積電池的J-V曲線(xiàn);(c)退火前后Si/MoOX/金屬界面電鏡圖。


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