Shanghai Institute verbessert Umwandlungseffizienz von Silizium-Heterojunction-Solarzellen

Kürzlich fand das Team von Liu Zhengxin vom New Energy Technology Center des Key Laboratory of Microsystem Technology des Shanghai Institute of Microsystems im dotierten amorphen Silizium (a-Si: H) dünnen Film von amorphem Silizium / kristallinem Silizium-Heterojunction (SHJ) -Solarzellen. Anomaler Staebler-Wronski-Effekt und bewies, dass der anomale Effekt die physikalische Essenz der Verwendung von Lichtinjektion ist, um die photoelektrische Umwandlungseffizienz von SHJ-Solarzellen zu verbessern. Das Ergebnis wurde am 13. Mai 2022 in Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, Impact Factor 60.868) veröffentlicht.

Licht wurde erstmals 1977 im Labor vom amerikanischen Elektroingenieur David L. Staebler und dem Penn State Elektroingenieur und emeritierten Professor Christopher R. Wronski entdeckt, um die dunkle Leitfähigkeit von a-Si:H-Dünnschichten zu reduzieren, dieses Phänomen wurde später "Staebler-Wronski-Effekt" genannt, dieses Phänomen verursachte große Probleme mit der Zuverlässigkeit amorpher optoelektronischer Siliziumgeräte. und beeinflusste auch amorphes Silizium Entwicklung und Nutzung von Dünnschichtsolarzellen.

Auf dem Gebiet des amorphen Siliziums wird angenommen, dass die Hauptform von H-Atomen in dünnen Filmen Si-H-kovalente Bindungen sind. Im Jahr 2020 fanden Liu Wenzhu et al. auf der Grundlage einer großen Anzahl experimenteller Daten heraus, dass das obige Strukturmodell nicht dauerhaft ist. In Kombination mit FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley und DFT und anderen technischen Mitteln wird bewiesen, dass es eine große Menge an Dotierung a-Si: H in der Überbrückung schwacher H-Atome mit einer Dichte von bis zu 1021 cm-3 oder mehr gibt, wird die Dotierungseffizienz von B- und P-Atomen im a-Si "vergiften": H-Netzwerk. Wenn Lichtbestrahlung (optische Injektion) oder ein angelegtes elektrisches Feld (elektrische Injektion) verwendet wird, um Energiequanten größer als 0,88 eV zu erhalten, gewinnen diese schwachen H-Atome genügend Energie und diffundieren oder springen im Gitter, wodurch B, P-Atome reaktiviert werden, B Die dunkle Leitfähigkeit des dotierten p-Typ-a-Si:H-Films nimmt signifikant zu, was zum offensichtlichen "abnormalen Staebler-Wronski-Effekt" gehört (Abb. a). Nachdem die Beleuchtung entfernt wurde, sank die Dunkelleitfähigkeit allmählich auf den Ausgangswert vor der Beleuchtung ab (Abb.b). Wir fanden heraus, dass das Zerfallsverhalten dieser dunklen Leitfähigkeit als eine Kombination aus Debye-Zerfall und Williams-Watts-Zerfall beschrieben werden kann, wobei erstere die freie Diffusion von H-Atomen und letztere H-Atome darstellt, die zwischen chemischen Bindungen hüpfen (Abbildung c). Durch den weiteren Vergleich der Leistungsparameter von Solarzellen fanden wir heraus, dass der "abnormale Staebler-Wronski-Effekt" SHJ-Solarzellen quantitativ beschreiben kann, die Lichtinjektion verwenden, um die photoelektrische Umwandlungseffizienz und den Zerfall im dunklen Zustand zu verbessern. Mit Hilfe des Lichtinjektionsverfahrens der starken Lichtbestrahlung des 60-fachen des Standardsonnenlichts wurde bei den industriell gefertigten SHJ-Großsolarzellen ein hoher Umwandlungswirkungsgrad von mehr als 25% erreicht (Abb. d, e; unabhängige Zertifizierung durch Dritte in Deutschland und China).

Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Dunkelleitfähigkeit von P-dotiertem n-Typ a-Si:H unter Sonnenlicht um mehr als das 100-fache erhöht werden kann. Daher kann der "abnormale Staebler-Wronski-Effekt" genutzt werden, um den physikalischen Mechanismus und die Prozesstechnologie weiter zu untersuchen, um den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad von SHJ-Solarzellen zu verbessern.