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钟良枢研究员荣获中科院上海分院“杰出青年科技創新人才”称号
金屬氧化物/矽異質結太陽電池研究取得進展
文章來源:    發布時間:2019-09-03

近日,中國科學院上海高等研究院联合晋能清洁能源科技股份公司,在新型金属氧化物/矽異質結太陽電池研究中取得進展,相關結果以“Interfacial Behavior and Stability Analysis of p-Type Crystalline Silicon Solar Cells Based on Hole-Selective MoOX/Metal Contacts”爲題發表在《Advanced Materials》子刊《Solar RRL》上(DOI: 10.1002/solr.201900274)。 

光生載流子的空間有效分離和收集是晶體矽以及其他類型光伏器件的核心問題之一。在晶體矽表面形成載流子選擇性接觸層,允許一種載流子通過,而對另一種載流子起阻擋作用。相對傳統的擴散摻雜技術,選擇性接觸層可以減緩重摻雜帶來的不利因素(如俄歇複合、帶寬變窄)。基于載流子選擇性接觸原理,非晶矽/晶體矽異質結(Heterojunction with Intrinsic Thin layerHJT)電池已實現規模化生産。高研院研發團隊與晉能清潔能源科技股份公司聯合開發的HJT産業技術已在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定性差、寄生光學吸收等問題。 

著眼于此,高研院李東棟研究員、殷敏副研究員及項目研發團隊在p型晶體矽背面構築了Si/MoOX/Alx<3)異質結全背接觸電池(圖1a),系統論證了MoOX的空穴傳輸性能、鈍化性能及界面穩定性。考慮到金屬AgCu在長波長有更高的反射率,進一步構建了p-Si/MoOX/Agp-Si/MoOX/Cu電池,分別得到了18.74%17.61%的轉換效率,高于p-Si/MoOX/Al電池的16.36%p-Si/MoOX/Ag電池的大面积电池(246.21 cm2)效率亦達18.49%(圖1b) 

1. ap-Si/MoOx/金属电池结构示意圖;(bp-Si/MoOx/Ag大面积電池的J-V曲線;(c)退火前後Si/MoOx/金属界面电镜圖 

文章通過仔細研究Si/MoOx/金屬界面演化,揭示了電池效率衰減的原因。Si/MoOX極易發生氧化還原反應,在薄膜沈積過程中即形成SiOX過渡層;MoOx/金屬界面則發生氧化還原反應(Al电极)(圖1c)或金屬原子的擴散(AgCu電極)。這些界面變化使得MoOx的電子態升高、功函數降低,影響其對空穴的選擇性傳輸。本工作指出了選擇合適的MoOx臨近層材料及界面精細調控對于提升MoOx基異質結電池穩定性的重要性。 

文章的第一作者是中國科學院上海高等研究院曹双迎博士。该工作受到了国家自然科学基金委员会,上海市科委和中國科學院青年创新促进会等项目的资助。