江蘇科技大學Nature：超薄晶硅太陽能電池!

一、【科學背景】

自1941年首次報道以來，硅光電池取得了長足的發展。目前太陽能電池主要分為晶硅電池和薄膜電池，其中晶硅太陽能電池是目前光伏產業的支柱產業。晶硅太陽能電池以硅為主要材料，是目前最為成熟、應用最廣的光伏發電技術，全球晶硅電池市占率達90%以上。傳統的晶硅電池面臨兩大瓶頸問題：一是產業化的大面積晶硅電池其功率轉換效率始終難以突破26%的關口；二是目前較為先進的晶硅電池厚度一般在150~180 μm范圍內。因此，研發具有高轉換效率、大面積、重量輕、柔韌性好、低成本的晶硅太陽能電池一直是研究人員的重要研究目標。為此，江蘇科技大學陳代芬教授、許俊華教授、晏超教授聯合隆基綠能科技股份有限公司徐希翔、李振國以及澳大利亞科廷大學邵宗平教授，攻克這一難題。

二、【科學貢獻】

對于SHJ太陽能電池，鈍化通常使用本征氫化非晶硅（i:a-Si:H）或富氫i:a-Si:H鈍化層，但c-Si表面的外延枝晶生長無法避免。雖然氧摻雜被認為有利于抑制外延生長，但它會引起鈍化層的電學性能下降。本研究采用了兩步復合梯度鈍化技術來解決這一矛盾。

圖1 ?超薄、柔性SHJ太陽能電池的結構與制造工藝示意圖 ? 2024 Springer Nature

研究人員還創造性地使用了低損傷連續等離子體化學氣相沉積來防止鈍化層損傷。為了使光生電子/空穴得到有效的分離，開發了納米晶孿化與垂直生長技術，使摻雜接觸層中的納米晶垂直生長（與載流子遷移方向一致），最大程度降低遷移電阻。最終，制備了不同厚度(55-130μm)的高性能SHJ電池，效率分別為26.06% (57 μm)、26.19% (74 μm)、26.50% (84 μm)、26.56% (106 μm)和26.81% (125 μm)。

圖2 ?電池統計參數和認證報告 ? 2024 Springer Nature

晶圓減薄不僅降低了重量和成本，而且有利于電荷遷移和分離。結果表明，與厚電池相比，57 μm柔性超薄太陽能電池具有最高的功重比(1.9 W g^-1)和開路電壓(761 mV)，并且在測試中電池組件在電位誘導衰退和光致衰退測試中均表現出了充分的可靠性。

圖3 ?量子效率，損耗分析和穩定性測試 ? 2024 Springer Nature

?三、【創新點】

本研究通過低損傷連續等離子體化學氣相沉積技術以及自修復納米晶播種和垂直生長方法，首次報道了具有高柔韌性、高功率重量比的晶硅異質結太陽能電池（厚度為55-130 μm，PCE > 26%）。

四、【科學啟迪】

綜上，研究人員通過低損傷連續等離子體化學氣相沉積技術以及自修復納米晶播種和垂直生長方法，開發了用于制備超薄晶硅太陽能電池的表界面鈍化、摻雜接觸生長等新工藝。測試結果表明，厚度在57 μm至125 μm的5種產品，均取得26%以上的轉換效率，最高達26.81%。其中，57 μm厚的電池功率重量比為1.9 W g^-1，曲率半徑19 mm，功率重量比是市面現有產品的2-3倍。測試結果表明，這些太陽能電池具有出色的環境適應性和持久性，表明其在實際應用中具有良好的穩定性和可靠性。最后，通過對太陽能電池成本模型的分析，本文發現薄型太陽能電池相較于傳統厚型電池具有更低的材料使用量和制造成本，為其商業化奠定了基礎。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06948-y

本文由大兵哥供稿。