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近日,中國科學院上海高等研究院李東棟研究員、魯林峰副研究員團隊聯(lián)合晉能清潔能源科技股份公司在ACS Applied Materials & Interfaces(IF=9.229)上發(fā)表了題為“Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer”的論文。
晶體硅與p型Cu2O材料具有低的價帶偏移和高的導帶偏移,因此c-Si/Cu2O異質結可對電子進行阻擋,實現(xiàn)空穴的選擇性傳輸。本論文以p-Si/Cu2O鈍化接觸異質結太陽能電池為研究對象,發(fā)現(xiàn)直接的p-Si/Cu2O接觸將導致一個自發(fā)形成的亞化學計量比SiOX夾層。同時Cu元素也擴散到硅表面形成深能級摻雜,減少少數(shù)載流子壽命。文章隨后在p-Si/Cu2O界面上引入超薄Al2O3層(~1nm),它不僅起到鈍化隧道層的作用,而且還抑制了Si/Cu2O界面上的氧化還原反應和Cu擴散。結合金的高功函數(shù)和銀的優(yōu)異光學特性,基于p-Si/Al2O3/Cu2O/Au/Ag鈍化接觸的太陽電池功率轉換效率可達到19.71%,為已報道的同類型電池的最高水平。這項工作揭示了p-Si/Cu2O鈍化接觸的界面特性和載流子傳輸機制,為減少其界面缺陷和實現(xiàn)載流子的選擇性傳輸提供了一個有效策略,可作為一種普適的方法在提升異質結電池效率和穩(wěn)定性方面得到應用,并為其他類型的薄膜太陽電池的研究提供新的思路。
論文第一作者為中國科學院上海高等研究院博士生李樂,論文通訊作者為中國科學院上海高等研究院李東棟研究員、魯林峰副研究員。該工作受到了國家自然科學基金委員會,上海市科委和中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。
圖1. p型Si片上沉積Cu2O和Al2O3/Cu2O疊層薄膜后的(a)少子壽命隨注入濃度的關系,以及(b)飽和電流密度(J0S)。
圖2. p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜的Cu 2p, Cu LMM, Si 2p 以及O 1s的XPS圖譜。
圖3. p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜截面的高分辨透射電子顯微鏡照片以及相應的能譜分析。
圖4. (a)p-Si/Al2O3/Cu2O背接觸異質電池示意圖,以及不同疊層器件的(b)電流密度-電壓(J-V)和(c)外量子效率(EQE)曲線。(d)在不同金屬背電極下,體硅和電極的光吸收特性。
參考文獻:
Li, L.; Du, G.; Zhou, X.; Lin, Y.; Jiang, Y.; Gao, X.; Lu, L.; Li, G.; Zhang, W.; Feng, Q.; Wang, J.; Yang, L.; Li, D. Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021 13 (24), 28415-28423, DOI: 10.1021/acsami.1c08258.