韩国科学家揭示硅太阳能电池效率的两大障碍！

韩国研究人员发现，限制硅异质结太阳能电池（SHJ）效率的缺陷以两种不同形式存在，这种电池是目前使用的最有效的硅基技术。

这是由大田的韩国能源研究院（KIER）和清州的忠北大学的联合团队首次识别出导致SHJ电池效率损失的具体缺陷。

该研究由KIER光伏研究部门的宋熙恩博士和忠北大学的物理学教授金佳贤博士领导，提出了一种改进的方法来提高SHJ电池的性能。

SHJ太阳能电池将晶体硅与薄的非晶硅层结合在一起。它们广泛应用于下一代串联架构中，在这些架构中，多种太阳能电池类型叠加以超越传统硅的限制。

然而，它们的性能仍然受到微观缺陷的限制，这些缺陷会捕获电荷载流子并降低效率。虽然钝化涂层抑制了许多这些缺陷，但传统工具在追踪它们的行为方面一直面临挑战。

揭示关键的SHJ缺陷

传统上，科学家们依赖一种称为深能级瞬态光谱（DLTS）的方法来评估硅器件内部的缺陷。该方法施加一个电压脉冲，并监测器件如何放松回到平衡状态。

但由于这种放松发生在毫秒级，之前的方法通常只捕获了两个点：一次是在电压脉冲之后立即，另一次是在器件完全恢复到其稳态时。

虽然快照式的方法适用于简单设备，但SHJ太阳能电池具有多个层次、界面以及富氢区域，其中共存着许多不同的缺陷状态。

为了克服仅间接推断缺陷行为的局限性，这留下了许多未解的问题，韩国研究人员改进了DLTS工作流程。他们开发了一种新的解释方法，能够跟踪完整的瞬态响应。

通过分析信号不同部分随时间的演变，他们发现之前被认为是单一缺陷特征的其实是两个独立的缺陷类型的叠加。

“我们预计这项研究将加速高效硅异质结太阳能电池的发展，并进一步使我们能够利用KIER的专有技术实现世界级的串联太阳能电池，”宋解释道。

两个独立缺陷

团队发现，其中一个缺陷表现为缓慢的深能级成分，而第二个则显示出快速的浅能级特性。在分别分析每个成分后，他们确定了它们的能量水平、在器件中的空间位置和原子键合配置。

根据科学家的说法，这些细节在早期的方法中是无法获得的。这表明，改善钝化需要同时测量缺陷的数量和理解它们如何影响器件性能。

该论文还表明，缺陷可以根据制造条件和设备的操作方式切换结合配置。氢，作为SHJ制造中的常见元素，在推动这些变化中发挥着关键作用。

金在一份新闻稿中表示：“这项研究提供了对缺陷与钝化之间关系的基本理解。所开发的分析方法不仅可以扩展到太阳能电池，还可以应用于广泛的半导体和显示应用，包括传感器、LED和CMOS设备。”

该研究已在期刊先进功能材料中发表。