Shanghai Institute parantaa silicon heterojunction -aurinkokennojen muunnostehokkuutta

Äskettäin Liu Zhengxinin tiimi Shanghain mikrosysteemiteknologian avainlaboratorion uudesta energiateknologiakeskuksesta löysi seostetun amorfisen piin (a-Si:H) ohuesta amorfisen piin/kiteisen piin heteroliitoksen (SHJ) aurinkoenergian. soluja. Epänormaali Staebler-Wronski-ilmiö, ja osoitti, että poikkeava vaikutus on fyysinen olemus käytettäessä valoinjektiota SHJ-aurinkokennojen valosähköisen muunnostehokkuuden parantamiseksi. Tulos julkaistiin 13. toukokuuta 2022 Nature Energy -lehdessä (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, vaikutustekijä 60.868).

Amerikkalainen sähköinsinööri David L. Staebler ja Penn Staten sähköinsinööri ja emeritusprofessori Christopher R. Wronski löysivät valon laboratoriossa ensimmäisen kerran vuonna 1977. Tämä alentaa a-Si:H-ohutkalvojen pimeää johtavuutta. Tämä ilmiö sai myöhemmin nimen "Staebler". -Wronski-ilmiö", tämä ilmiö aiheutti suuria ongelmia amorfisen piin optoelektronisten laitteiden luotettavuudelle ja vaikutti myös amorfiseen piin ohutkalvoaurinkokennojen kehittämiseen ja käyttöön.

Amorfisen piin alalla uskotaan, että ohuiden kalvojen H-atomien päämuoto on kovalenttiset Si-H-sidokset. Vuonna 2020, perustuen suureen määrään kokeellisia tietoja, Liu Wenzhu et al. havaitsi, että yllä oleva rakennemalli ei ole pysyvä. Yhdessä FTIR:n, SIMS:n, TA:n, Sinton Lifetime Testerin, Keithleyn ja DFT:n sekä muiden teknisten keinojen kanssa on todistettu, että silloittavissa heikkoissa H-atomeissa on suuri määrä dopinga-Si:H:ta, jonka tiheys on jopa 1021. cm-3 tai enemmän "myrkyttää" B- ja P-atomien dopingtehokkuuden a-Si:H-verkossa. Kun valosäteilyä (optinen injektio) tai sovellettua sähkökenttää (sähköinjektio) käytetään antamaan energiakvantit, jotka ovat suurempia kuin 0,88 eV, nämä heikot H-atomit saavat riittävästi energiaa ja diffuusoituvat tai hyppäävät hilassa aktivoiden siten uudelleen B-, P-, B-atomeja. Seostetun p-tyypin a-Si:H -kalvon tumma johtavuus kasvaa merkittävästi, mikä kuuluu ilmeiseen "epänormaaliin Staebler-Wronski-ilmiöön" (kuva a). Valaistuksen poistamisen jälkeen tumma johtavuus heikkeni vähitellen alkuarvoon ennen valaistusta (kuva b). Havaitsimme, että tämän tumman johtavuuden hajoamiskäyttäytymistä voidaan kuvata Debye-hajoamisen ja Williams-Watts-hajoamisen yhdistelmänä, joista ensimmäinen edustaa H-atomien vapaata diffuusiota ja jälkimmäinen edustaa H-atomeja, jotka hyppivät kemiallisten sidosten välillä (kuva c). Vertaamalla edelleen aurinkokennojen suorituskykyparametreja havaitsimme, että "epänormaali Staebler-Wronski-ilmiö" voi kvantitatiivisesti kuvata SHJ-aurinkokennoja käyttämällä valoinjektiota valosähköisen muuntamisen tehokkuuden ja pimeän tilan heikkenemisen parantamiseksi. Valonruiskutusprosessilla, jossa voimakas valosäteilytys on 60 kertaa normaalia auringonvaloa, saavutettiin korkea, yli 25 prosentin muunnostehokkuus teollisesti tuotetuissa laajamittaisissa SHJ-aurinkokennoissa (kuva d, e; kolmas osapuoli) riippumaton sertifiointi Saksassa ja Kiinassa).

Lisätutkimukset havaitsivat, että P-seostetun n-tyypin a-Si:H:n tumma johtavuus voidaan lisätä yli 100 kertaa auringonvalossa. Siksi "epänormaalia Staebler-Wronski-ilmiötä" voidaan käyttää fyysisen mekanismin ja prosessitekniikan tutkimiseen edelleen SHJ-aurinkokennojen valosähköisen muunnostehokkuuden parantamiseksi.