韩国研究人员揭示了阻碍硅太阳能电池效率的两个关键缺陷

这次首次识别导致SHJ电池效率损失的具体缺陷，由大田韩国能源研究所(KIER)和清州忠北国立大学的联合团队完成。

该研究由KIER光伏研究部的宋熙恩博士和忠北国立大学物理教授金嘉贤博士领导，提出了一种改进的促进SHJ电池性能的方法。

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

然而，它们的性能仍受微观缺陷的限制，这些缺陷会困住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，但传统工具一直难以追踪其行为。

暴露SHJ的关键缺陷

传统上，科学家们依赖一种称为深能级瞬态光谱(DLTS)的技术来评估硅器件内部的缺陷。该方法施加电压脉冲，监测设备如何放松至平衡状态。

但由于这种松弛仅在毫秒内完成，之前的方法通常只捕捉两个点：一个是在电压脉冲后立即，另一个是在器件完全恢复稳态时。

虽然快照式方法适用于简单器件，但SHJ太阳能电池具有多层、多界面以及多氢区，许多不同的缺陷态共存。

为了克服只能间接推断缺陷行为的局限，这导致许多问题未解，韩国研究人员对DLTS工作流程进行了完善。他们开发了一种能够追踪完整瞬态响应的新型解读方法。

通过分析信号不同部分随时间演变，他们发现之前被认为是单一缺陷特征的，实际上是两个独立缺陷类型的叠加。

宋解释道：“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，并进一步实现利用KIER专有技术实现世界级串联太阳能电池。”

由KIER开发的硅异质结太阳能电池。

两个独立缺陷

团队发现，虽然其中一个缺陷表现为慢速、深能级分量，而第二个则表现出快速、浅层特征。在分别分析每个组件后，他们确定了它们的能级、器件内的空间位置以及原子键的构型。

科学家们表示，这些细节用早期方法无法获得。这表明，要改善钝化，既需要测量缺陷数量，也需要理解缺陷如何影响器件性能。

论文还显示，缺陷会根据制造条件和器件作方式切换粘接配置。氢气是SHJ制造中的常见元素，在推动这些变化中发挥着关键作用。

金在新闻稿中表示：“这项研究为缺陷与钝化之间的关系提供了基本理解。”“开发的分析方法不仅可以扩展到太阳能电池，还能应用于包括传感器、LED和CMOS器件在内的广泛半导体和显示应用。”

该研究已发表在《高级功能材料》期刊上。