鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池研究獲進(jìn)展

　　鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池具備突破單結(jié)硅電池理論效率極限的潛力。而實(shí)際制備過程中，在工業(yè)級(jí)金字塔絨面硅襯底上制備鈣鈦礦層時(shí)，金字塔尖端處的鈣鈦礦薄膜往往過薄甚至出現(xiàn)針孔，導(dǎo)致局部電學(xué)分流，降低了器件性能和穩(wěn)定性。

　　近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所提出鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池金字塔尖端選擇性鈍化策略。該策略以聚苯乙烯納米球?yàn)槟０澹诮鹱炙q面硅襯底的尖端區(qū)域精準(zhǔn)沉積氧化鋁絕緣層，阻斷了電學(xué)分流路徑。

　　研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁與自組裝單分子層間存在較弱的相互作用，使鈣鈦礦能夠直接與峰頂處的氧化鋁接觸，這提供了更多的形核位點(diǎn)，還改善了鈣鈦礦薄膜的覆蓋質(zhì)量。基于該技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在約1cm2的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池上實(shí)現(xiàn)了33.33%的轉(zhuǎn)換效率（第三方認(rèn)證效率達(dá)32.89%）。同時(shí)，器件表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在最大功率點(diǎn)連續(xù)工作1000小時(shí)后仍保持初始效率的90%。

　　在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，研究團(tuán)隊(duì)采用直徑100nm的聚苯乙烯納米球作為模板，通過旋涂使其自組裝分布在金字塔的谷底和斜面區(qū)域，從而暴露峰頂。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用電子束熱蒸發(fā)技術(shù)沉積30 nm厚的氧化鋁薄膜，再通過lift-off工藝去除聚苯乙烯模板，最終實(shí)現(xiàn)僅在金字塔尖端區(qū)域形成圖案化的氧化鋁鈍化層。該方法工藝簡單，與現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)線兼容性好，無需改變硅片絨面制備工藝，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表Matter上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等的支持。

基于金字塔尖端鈍化的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖和性能表現(xiàn)