【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隧穿氧鈍化接觸(TOPCon)晶體硅太陽電池被廣泛認(rèn)為是下一代大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用的光伏技術(shù)，其目前產(chǎn)業(yè)化效率已經(jīng)達(dá)到25.0%以上(2023年8月數(shù)據(jù)，因測試方法差異，各家略有不同)；2023年全國累計(jì)已建/待建TOPCon電池產(chǎn)能高達(dá)1430 GW(8月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，市場前景廣闊。對于PECVD技術(shù)路線的TOPCon電池來說，提高其光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵在于有效抑制多晶硅易爆膜、降低材料寄生吸收，以及進(jìn)一步提升TOPCon鈍化性能。目前，利用摻雜工程制備的新型多晶硅薄膜可有效解決TOPCon遇到的上述問題，但是如何兼顧高效的鈍化和電學(xué)傳輸性能仍具有挑戰(zhàn)性。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員和曾俞衡研究員的帶領(lǐng)下，在前期TOPCon電池研究的基礎(chǔ)上(Energy Environ. Sci. 2021,14, 6406；Cell Rep. Phys. Sci. 2021,2,1; Sol. RRL: 2021,5, 2100644; 2023,7,2201082; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021,223, 110970; 2021 230 111229; 2022,238,111586; 2022,240,111713; 2022,243,111803; 2022,250, 112047; 2023,257,112354; 2023,257,112393)，在高效TOPCon電池領(lǐng)域取得了新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)基于新型摻氮多晶硅，提出了雙功能多晶硅層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——摻氮多晶硅可提供優(yōu)異的鈍化性能并可以有效抽取載流子，常規(guī)多晶硅可提供良好的電學(xué)接觸性能并可以有效輸運(yùn)載流子；該設(shè)計(jì)的應(yīng)用使得TOPCon結(jié)構(gòu)獲得了優(yōu)異的鈍化性能(隱含開路電壓iVoc～755 mV, 復(fù)合電流J0～0.7 fA/cm2)和接觸性能(接觸電阻率ρc<5 mΩ·cm2)，其選擇性因子達(dá)到16，如圖1。此外，通過鈍化和接觸性能提升，實(shí)驗(yàn)室概念驗(yàn)證TOPCon電池(4 cm2)的效率得到了顯著提升，達(dá)到25.53%，如圖2。進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算對摻氮多晶硅的原理性問題進(jìn)行了探究，如圖3。研究表明，氮原子的摻入有利于維持多晶硅結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效捕獲氫原子以防止其溢出；更多的氫原子可以有效鈍化懸掛鍵，降低界面態(tài)密度；此外氮原子還可有效調(diào)節(jié)多晶硅的光學(xué)帶隙和TOPCon的能帶結(jié)構(gòu)，使其可以獲得更好的光學(xué)和電學(xué)鈍化性能。綜上所述，該研究為高效TOPCon電池設(shè)計(jì)，特別是雙面接觸和全背面接觸的設(shè)計(jì)，以及新型多晶硅在產(chǎn)業(yè)化上的應(yīng)用提供借鑒意義。
該工作以“Regionalizing nitrogen doping of polysilicon films enabling high-efficiency tunnel oxide passivating contact silicon solar cells”為題發(fā)表于Small(DOI: smll.202304348)。寧波材料所2022級博士生劉尊珂、北京大學(xué)深圳研究生院博士后林則東為共同第一作者，寧波材料所楊陣海、曾俞衡研究員和葉繼春研究員為本文共同通訊作者。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金(61974178、61874177)、寧波市“創(chuàng)新2025”重大工程(2022Z114、2020Z098)、浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2021C01006)等項(xiàng)目的支持以及浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的幫助。
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