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上海高研院在金屬氧化物/晶體硅異質結太陽能電池研究中獲進展

   2021-12-21 上海高等研究院35560
核心提示:太陽能光伏發電是推動碳達峰,碳中和的重要力量。以非晶硅和晶體硅(a-Si:H/c-Si)構建的異質結(SHJ)太陽能電池近年來不斷取得
太陽能光伏發電是推動“碳達峰,碳中和”的重要力量。以非晶硅和晶體硅(a-Si:H/c-Si)構建的異質結(SHJ)太陽能電池近年來不斷取得進展。然而,SHJ電池中的a-Si:H薄膜會帶來較嚴重的寄生光吸收,并且設備和工藝成本較高。采用寬帶隙過渡金屬氧化物(TMO)替代a-Si:H在減少寄生光吸收、提升光電流,以及降低成本等方面具有重要潛力。近年來,中國科學院上海高等研究院基礎交叉研究中心研究員李東棟團隊,在a-Si:H/c-Si異質結電池的產業化技術和TMO/c-Si異質結電池的前瞻研究等方面開展了深入研究。前期研究中已發現電池中界面的演變,并針對效率和穩定性的提升提出一系列改良方案 (ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 28415;Solar RRL, 2021, 5, 2100169;Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004367;ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 36778;Solar RRL, 2019, 3, 1900274)。

近期該團隊針對TMO/c-Si異質結電池空穴傳輸層,提出了提升載流子選擇性的新策略。相關研究成果以NiOx/MoOx Bilayer as an Efficient Hole-Selective Contact in Crystalline Silicon Solar Cells為題,發表在Cell Reports Physical Science上。

該工作使用NiOx/MoOx疊層結構作為c-Si電池的空穴傳輸層,有效提高了空穴載流子的選擇性。一方面,高功函數的MoOx使c-Si表面的能帶向上彎曲,促進空穴載流子的有效提取;另一方面,NiOx與c-Si較大的導帶偏移進一步阻擋電子傳輸。得益于此,采用NiOx/MoOx疊層結構的c-Si太陽能電池實現了21.31%的效率。此外,通過UV/O3處理在硅表面形成超薄的SiOx,可進一步提高空穴提取能力,效率提升至21.60%。這是迄今為止,以MoOx作為空穴選擇性傳輸層且未使用a-Si:H薄膜的c-Si太陽電池中所報道的最高效率。

研究工作得到中科院上海微系統與信息技術研究所研究人員的幫助,以及國家自然科學基金、上海市自然科學基金、山西省科技廳等的支持。


圖1.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質結的能帶結構以及電子和空穴濃度分布


圖2.NiOx/MoOx/SiOx/c-Si界面的微觀結構及元素分布


圖3.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質結太陽電池的電流密度-電壓(J-V)曲線 
 
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