科學(xué)家揭示提升硅異質(zhì)結(jié)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率物理機(jī)制

2022-05-17 11:52:56來源：上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所關(guān)鍵詞：太陽電池閱讀量：23027

導(dǎo)讀：光電轉(zhuǎn)換是通過光伏效應(yīng)把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程。這一過程的原理是光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。

　　太陽電池，指的是可以有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體部件。用半導(dǎo)體、等材料將太陽的光能變成電能的器件。具有可靠性高﹐壽命長﹐轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點﹐可做人造衛(wèi)星﹑航標(biāo)燈﹑晶體管收音機(jī)等的電源。光電轉(zhuǎn)換是通過光伏效應(yīng)把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程。這一過程的原理是光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。

　　近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所微系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室新能源技術(shù)中心劉正新團(tuán)隊在非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)太陽電池的摻雜非晶硅(a-Si:H)薄膜中發(fā)現(xiàn)反常Staebler-Wronski效應(yīng)，并證明該反常效應(yīng)是利用光注入提升SHJ太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的物理本質(zhì)。5月13日，相關(guān)研究成果以Light-induced activation of boron doping in hydrogenated amorphous silicon for over 25% efficiency silicon solar cells為題，發(fā)表在Nature Energy上。

　　1977年，美國電氣工程師大衛(wèi)·L·施泰布勒(David L. Staebler)和美國賓夕法尼亞州立大學(xué)電氣工程師、名譽(yù)教授克里斯托弗·R·朗斯基(Christopher R. Wronski)在實驗室首次發(fā)現(xiàn)光照會降低a-Si:H薄膜的暗電導(dǎo)率，這種現(xiàn)象后來被命名為Staebler-Wronski效應(yīng)，該現(xiàn)象對非晶硅光電器件的可靠性造成困擾，并影響非晶硅薄膜太陽電池的開發(fā)利用。

　　非晶硅領(lǐng)域認(rèn)為薄膜中H原子的主要存在形式是Si-H共價鍵。2020年，劉文柱等人基于大量實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)模型并非永恒成立，結(jié)合FTIR、SIMS、TA、Sinton Lifetime Tester、Keithley和DFT等多種技術(shù)手段，證明摻雜a-Si:H中存在數(shù)量密度高達(dá)1021 cm-3以上的橋鍵弱H原子，它們會“毒害”a-Si:H網(wǎng)絡(luò)中B、P原子的摻雜效率。當(dāng)利用光照射(光注入)或印加電場(電注入)給予大于0.88 eV的能量子時，這些弱H原子獲得足夠能量并在晶格中發(fā)生擴(kuò)散或跳躍，進(jìn)而重新激活B、P原子，B摻雜p型a-Si:H薄膜的暗電導(dǎo)率顯著上升，屬于明顯的反常Staebler-Wronski效應(yīng)(圖a)。

　　撤去光照后，暗電導(dǎo)率逐漸衰減到光照前的初始值(圖b)。研究發(fā)現(xiàn)，該暗電導(dǎo)率的衰減行為可描述為Debye衰減和Williams-Watts衰減的組合，前者表示H原子自由擴(kuò)散，后者表示H原子在化學(xué)鍵之間跳躍(圖c)。研究進(jìn)一步比對太陽電池的性能參數(shù)發(fā)現(xiàn)，反常Staebler-Wronski效應(yīng)可以定量描述SHJ太陽電池利用光注入提升光電轉(zhuǎn)換效率和暗態(tài)衰減現(xiàn)象。借助于60倍標(biāo)準(zhǔn)太陽光的強(qiáng)光照射光注入工藝，在工業(yè)生產(chǎn)的大尺寸SHJ太陽電池上獲得了25%以上的高轉(zhuǎn)換效率(圖d、e)。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，P摻雜的n型a-Si:H在太陽光的照射下暗電導(dǎo)率可以提高100倍以上。因此，利用反常Staebler-Wronski效應(yīng)，可以進(jìn)一步探究提升SHJ太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的物理機(jī)制和工藝技術(shù)。

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目/面上項目和上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”的支持。

上一篇：藻類系統(tǒng)“變身”光伏電池持續(xù)助力可再生能源發(fā)展

下一篇：預(yù)制菜萬億市場來臨，哪些包裝技術(shù)會迎來新機(jī)遇？

我要評論

昵稱

匿名

文明上網(wǎng)，理性發(fā)言。（您還可以輸入200個字符)

表情

所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)。

深圳市航空航天產(chǎn)業(yè)協(xié)會關(guān)于《自動化裝聯(lián)的空間用太陽電池陣通用規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項的公告
深圳市航空航天產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布《自動化裝聯(lián)的空間用太陽電池陣通用規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項的公告。
太陽電池
2024-03-26 13:58:59

版權(quán)與免責(zé)聲明：

凡本站注明“來源：智能制造網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-智能制造網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本站授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：智能制造網(wǎng)”。違反上述聲明者，本站將追究其相關(guān)法律責(zé)任。

本站轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非智能制造網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點或和對其真實性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。如其他媒體、平臺或個人從本站轉(zhuǎn)載時，必須保留本站注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。如擅自篡改為“稿件來源：智能制造網(wǎng)”，本站將依法追究責(zé)任。

鑒于本站稿件來源廣泛、數(shù)量較多，如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請與本站聯(lián)系并提供相關(guān)證明材料：聯(lián)系電話：0571-89719789；郵箱：1271141964@qq.com。