——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院李東棟研究員、魯林峰副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合晉能清潔能源科技股份公司在ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.229）上發(fā)表了題為“Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer”的論文。
晶體硅與p型Cu2O材料具有低的價(jià)帶偏移和高的導(dǎo)帶偏移，因此c-Si/Cu2O異質(zhì)結(jié)可對(duì)電子進(jìn)行阻擋，實(shí)現(xiàn)空穴的選擇性傳輸。本論文以p-Si/Cu2O鈍化接觸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)直接的p-Si/Cu2O接觸將導(dǎo)致一個(gè)自發(fā)形成的亞化學(xué)計(jì)量比SiOX夾層。同時(shí)Cu元素也擴(kuò)散到硅表面形成深能級(jí)摻雜，減少少數(shù)載流子壽命。文章隨后在p-Si/Cu2O界面上引入超薄Al2O3層（~1nm)，它不僅起到鈍化隧道層的作用，而且還抑制了Si/Cu2O界面上的氧化還原反應(yīng)和Cu擴(kuò)散。結(jié)合金的高功函數(shù)和銀的優(yōu)異光學(xué)特性，基于p-Si/Al2O3/Cu2O/Au/Ag鈍化接觸的太陽(yáng)電池功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到19.71%，為已報(bào)道的同類型電池的最高水平。這項(xiàng)工作揭示了p-Si/Cu2O鈍化接觸的界面特性和載流子傳輸機(jī)制，為減少其界面缺陷和實(shí)現(xiàn)載流子的選擇性傳輸提供了一個(gè)有效策略，可作為一種普適的方法在提升異質(zhì)結(jié)電池效率和穩(wěn)定性方面得到應(yīng)用，并為其他類型的薄膜太陽(yáng)電池的研究提供新的思路。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院博士生李樂，論文通訊作者為中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院李東棟研究員、魯林峰副研究員。該工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，上海市科委和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。
圖1. p型Si片上沉積Cu2O和Al2O3/Cu2O疊層薄膜后的（a）少子壽命隨注入濃度的關(guān)系，以及（b）飽和電流密度（J0S）。
圖2. p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜的Cu 2p, Cu LMM, Si 2p 以及O 1s的XPS圖譜。
圖3. p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜截面的高分辨透射電子顯微鏡照片以及相應(yīng)的能譜分析。
圖4. （a）p-Si/Al2O3/Cu2O背接觸異質(zhì)電池示意圖，以及不同疊層器件的（b）電流密度-電壓（J-V）和（c）外量子效率（EQE）曲線。（d）在不同金屬背電極下，體硅和電極的光吸收特性。
參考文獻(xiàn)：
Li, L.; Du, G.; Zhou, X.; Lin, Y.; Jiang, Y.; Gao, X.; Lu, L.; Li, G.; Zhang, W.; Feng, Q.; Wang, J.; Yang, L.; Li, D. Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021 13 (24), 28415-28423, DOI: 10.1021/acsami.1c08258.
