Shanghai Institute, 실리콘 이종접합 태양전지의 변환 효율 개선
May 23, 2022
최근 Shanghai Institute of Microsystems의 Microsystem Technology Key Laboratory의 New Energy Technology Center의 Liu Zhengxin 팀은 도핑된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막에서 비정질 실리콘/결정질 실리콘 이종접합(SHJ) 태양광을 발견했습니다. 세포. Staebler-Wronski 아노말리 효과, 그리고 아노말리 효과가 SHJ 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위해 광 주입을 사용하는 물리적 본질임을 입증했습니다. 결과는 2022년 5월 13일 Nature Energy(https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, Impact Factor 60.868)에 게재되었습니다.
빛은 1977년 미국 전기 엔지니어 David L. Staebler와 Penn State 전기 엔지니어이자 명예 교수인 Christopher R. Wronski에 의해 실험실에서 처음 발견되었으며, 이 현상은 나중에 "Staebler"로 명명되었습니다. -Wronski 효과", 이 현상은 비정질 실리콘 광전자 소자의 신뢰성에 큰 문제를 일으켰고, 비정질 실리콘 개발 및 박막 태양 전지의 활용에도 영향을 미쳤습니다.
비정질 실리콘 분야에서 박막에 있는 H 원자의 주요 형태는 Si-H 공유 결합이라고 믿어집니다. 2{6}}20에서 많은 실험 데이터를 기반으로 Liu Wenzhu et al. 위의 구조 모델이 영구적이지 않다는 것을 발견했습니다. FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley 및 DFT 및 기타 기술적 수단과 결합하여 1021만큼 높은 밀도를 갖는 가교 약한 H 원자에 다량의 a-Si:H 도핑이 있음이 입증되었습니다. cm-3 이상은 a-Si:H 네트워크에서 B 및 P 원자의 도핑 효율을 "중독"시킵니다. 광 조사(광학 주입) 또는 인가된 전기장(전기 주입)이 0.88 eV보다 큰 에너지 양자를 제공하는 데 사용되면 이러한 약한 H 원자는 충분한 에너지를 얻고 격자에서 확산 또는 점프하여 B, P 원자, B를 재활성화합니다. 도핑된 p-형 a-Si:H 필름의 어두운 전도도는 현저하게 증가하며, 이는 명백한 "비정상적인 Staebler-Wronski 효과"에 속합니다(그림 a). 조명이 제거된 후 어두운 전도도는 조명 전의 초기 값으로 점차 감소했습니다(그림 b). 우리는 이 어두운 전도도의 붕괴 거동이 Debye 붕괴와 Williams-Watts 붕괴의 조합으로 설명될 수 있다는 것을 발견했습니다. 전자는 H 원자의 자유 확산을 나타내고 후자는 화학 결합 사이에서 호핑하는 H 원자를 나타냅니다(그림 c). 태양 전지의 성능 매개 변수를 추가로 비교함으로써 "비정상적인 Staebler-Wronski 효과"가 광전 변환 효율과 암흑 상태 붕괴를 개선하기 위해 광 주입을 사용하는 SHJ 태양 전지를 정량적으로 설명할 수 있음을 발견했습니다. 표준 태양광의 60배에 달하는 강한 광조사의 광주입 공정을 통해 공업적으로 생산되는 대규모 SHJ 태양전지에서 25% 이상의 높은 변환효율을 얻었다(Fig. d, e; third-party). 독일과 중국의 독립 인증).
추가 연구에 따르면 P-도핑된 n형 a-Si:H의 암흑 전도도는 햇빛 아래에서 100배 이상 증가할 수 있습니다. 따라서 "이상 Staebler-Wronski 효과"는 SHJ 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위한 물리적 메커니즘 및 공정 기술을 추가로 연구하는 데 사용할 수 있습니다.
