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      1. 異質結太陽能電池的效率有望被大幅度提升

        時間:2021年05月12日 10:42:42 點擊次數:799來源:原創

        在一項新研究中,科學家利用超高真空導電原子力顯微鏡(cAFM),發現了硅太陽能電池中非晶硅接觸層的損耗機制。

        異質結太陽能電池
        圖片:CEA Ines

        研究于3月17日發表在《ACS應用納米材料》上,標題為“Imaging of Bandtail States in Silicon Heterojunction Solar Cells: Nanoscopic Current Effects on Photovoltaics”(硅異質結太陽能電池中帶尾態的成像:納米電流對光伏的影響),通訊作者為德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究院(HZB)能源轉換和量子信息科學系的Klaus Lips。

        硅太陽能電池便宜且高效,可以以低于2美分/千瓦時的價格發電。當今最高效的硅太陽能電池核心部分是小于10納米的選擇性非晶硅(a-Si:H)接觸層,這些接觸層負責分離光產生的電荷。HZB使用這種硅異質結太陽能電池可實現24%以上的效率,做成串聯太陽能電池后,最新報告的效率記錄為29.15%。

        這種異質接觸系統具有相當大的潛力,然而,科學家現在還不清楚這接觸層如何實現電荷載流子分離,以及它們的納米級損耗機制是什么。

        a-Si:H接觸層的特點是其固有的無序性,這一方面使硅表面具有良好的涂層,從而使界面缺陷的數量最小化,但另一方面也有一個小的缺點:它可以導致局部復合電流和傳輸勢壘的形成。

        HZB和猶他大學的一個團隊首次在原子水平上實驗測量了c-Si和a-Si:H之間這種泄漏電流是如何形成的,以及它們如何影響太陽能電池的性能。

        利用cAFM,物理學家們能夠用接近原子的分辨率來確定泄漏電流穿透選擇性a-Si:H觸點的位置,以及在太陽能電池中產生損耗過程。在cAFM中,這些損耗電流表現為納米級的電流通道,是與非晶硅網絡無序相關的缺陷的指紋。這些缺陷充當了電荷穿透選擇性接觸并誘導復合的墊腳石,被稱為“陷阱輔助量子力學隧道”。

        這是第1次在a-Si:H中觀察到這種狀態。

        猶他州/柏林的研究小組也能證明,暗流隨時間隨機波動。結果表明,存在一個短期的電流阻塞,這是由被困在鄰近缺陷中的局部電荷引起的,它改變了隧道態(墊腳石)的能量位置。這種被俘獲的電荷也會導致電流通道的局部光電壓上升到1V以上,這遠遠高于人們在宏觀接觸時所能使用的電壓。

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