Advanced Functional Materials:界面调控提升氧化物/晶硅异质结太阳电池效率和稳定性

通过形成非对称的电子和空穴传输通道,使光生载流子有效分离和收集是晶体硅及其他类型光伏器件的核心问题之一。目前产业主流的铝背场(Al-BSF)和PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池,采用高温扩散掺杂形成p-n同质结,通过电极/c-Si的直接接触实现电子和空穴的选择性传输。高温掺杂会带来较严重的自由载流子红外吸收、俄歇复合,接触处的载流子复合系数较大,上述问题制约了Al-BSF和PERC等同质结电池光电转化效率的提升。相对于同质结电池,钝化接触异质结电池在提高转换效率、简化制备工艺等方面有显著优势,将成为未来超高效晶硅电池的主要发展方向。以非晶硅薄膜作为钝化接触材料的异质结太阳电池已获得25%以上的效率,但仍存在寄生光学吸收较大、成本较高等问题。基于MoOX(X<3)空穴选择性接触的硅异质结太阳电池在载流子选择性传输方面具有明显的优势,但由于其热力学稳定性差的本征特性,其器件的长期稳定性面临挑战。

针对上述问题,中国科学院上海高等研究院李东栋研究员、鲁林峰副研究员团队联合晋能清洁能源科技股份公司,以MoOX/c-Si异质结电池为研究对象,提出效率和稳定性提升的策略。基于MoOX/c-Si和MoOX/金属电极的界面演变特性,构筑了c-Si/SiOX/MoOX/V2OX/ITO/Ag叠层结构,电池光电转化效率达20.0%且稳定性得到显著提升。MoOX/c-Si界面的SiO2隧穿钝化层抑制了MoOXc-Si直接接触带来的氧化还原反应,降低了MoOX中氧空位浓度。在MoOX薄膜表面引入超薄V2OX层,提升其在空气中的稳定性及抗溅射等离子体损伤的能力,ITO层则有效抑制了金属的迁移和金属电极的等离子体寄生吸收。

该工作中构筑的叠层结构,为化合物/c-Si钝化接触异质结太阳电池的研究提供了新的思路,可作为一种普适的方法在提升异质结电池效率和稳定性方面得到应用,并为其他类型的薄膜太阳电池的研究提供新的思路。

相关研究成果发表在 Advanced Functional Materials期刊上(DOI:10.1002/adfm.202004367)。该工作获得了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、山西省科技厅和中科院青年创新促进会的资助。论文第一作者为博士研究生曹双迎,李东栋研究员和鲁林峰副研究员为该论文的共同通讯作者。