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科研进展

免掺杂叉指式背接触硅太阳电池的边缘效应研究

叉指式背接触太阳电池是一种实现最佳短路电流的有效结构,从而不断逼近硅基太阳电池理论极限。免掺杂异质结技术通过采用空穴及电子传输层薄膜与晶体硅基片通过界面能带调控直接构建异质结电池,免除了传统pn结太阳电池中的高温掺杂过程,具有工艺温度低、制备方法简单、材料体系广、结深浅等优点,已成为近年来硅基太阳电池领域的一个研究热点。将免掺杂异质结制造技术应用在叉指式背接触太阳电池结构中,完全有望以极简化的绿色制程,实现高效光伏应用。

然而,在空穴传输层和电子传输层之间存在不可避免的重叠区域,会引起边缘漏电和复合,这会极大地降低电池的转换效率。基于以上现状,澳门威尼斯网站量子结构及量子调控教育部重点实验室/太阳能研究所沈文忠教授团队与中山大学材料学院高平奇教授团队合作在国际知名期刊Nano Energy 上发表题为“Edge effect in silicon solar cells with dopant-free interdigitated back-contacts”的论文。在没有界面钝化层的情况下,通过硬掩模法制造的太阳电池会发生严重的边缘复合,复合电流为3×10-4A,并且填充因子(FF)较差,约为66%,这表明除串联电阻外,边缘复合是另一个影响FF的重要因素。论文明确地指出了边缘复合位置并量化了复合损耗,结合光伏特性、暗态和光电流—电压(IV)曲线、局域光照的IV曲线等表征手段,详细比较了采用硬掩模法和光刻法所制备的叉指式背接触电池性能。通过清楚了解边缘效应,并仔细调控边缘区的质量,最终通过光刻法或硬掩模法均制得效率超过20%,FF超过73%的免掺杂硅基异质结太阳电池。

图示:用硬掩模法(a,c,e)和光刻法 (b,d,f) 制造的免掺杂硅基异质结太阳电池比较: (a,b) 器件背面照片;(c,d) 电池结构示意图;(e,f)c和d中黑色虚线方框的间隙区域的放大图;(g)本征非晶硅厚度为0nm和4nm下器件的IV曲线。

 

【文章链接】

Edge effect in silicon solar cells with dopant-free interdigitated back-contacts

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552030450X

 

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