采用全新材料混合简化太阳能电池

2019-02-23 17:56:19
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一个国际研究团队通过将新的材料混合应用于标准设计,简化了创建高效硅太阳能电池的步骤。太阳能电池阵列用于太阳能电池板以将太阳光转换为电能。

特殊的材料混合物 - 在半导体元件中也很有用 - 消除了对称为掺杂的工艺的需要,该工艺通过将外来原子引入其电触点来控制器件的特性。这种兴奋剂过程增加了设备的复杂性并且可能降低其性能。

“太阳能电池行业受到降低成本和提高性能的需求的推动,”该研究的主要作者詹姆斯布洛克在本周发表在“ 自然能源”杂志上说。布洛克作为美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的访问研究员参与了这项研究。

澳大利亚国立大学(ANU)的布洛克说:“如果你看看我们制造的太阳能电池的结构,它就非常简单。” “这种简单性可以转化为降低成本。”

来自伯克利实验室,加州大学伯克利分校,澳大利亚国立大学和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的其他科学家也参与了这项研究。

布洛克补充说:“传统的硅太阳能电池采用的是一种称为杂质掺杂的工艺,这种工艺确实带来了许多进一步发展的局限性。”

今天的大多数太阳能电池都使用晶体硅晶片。晶片本身,有时是沉积在晶片上的层,掺杂有原子,这些原子在与硅原子键合时具有备用的电子,或者可选地产生电子缺陷或“空穴”。在这两种情况下,这种掺杂都增强了导电性。

在这些器件中,太阳能电池的电触点需要两种类型的掺杂剂原子来调节电子和空穴在太阳能电池中的行进方式,以便太阳光有效地转换成流出电池的电流。

具有掺杂触点的晶体硅基太阳能电池可以超过20%的效率 - 意味着超过20%的太阳能转换为电能。不含掺杂剂的硅电池先前未超过14%的效率。

不过,这项新研究证明了一种无掺杂的硅电池,称为DASH电池(不含掺杂剂的不对称杂相),平均效率高于19%。这种提高的效率是新材料的产物,也是设备顶部和底部层的简单涂层工艺。研究人员表示,只需七步即可制造出太阳能电池。

在这项研究中,研究小组使用晶体硅核(或晶圆)并应用了无掺杂类型的硅层,称为非晶硅。

然后,他们在太阳能电池的朝阳侧施加了称为氧化钼的材料的超薄涂层,也称为氧化钼,底部表面涂有氟化锂。这两层厚度为几十纳米,分别作为空穴和电子的无掺杂剂接触。

“氧化钼和氟化锂具有使其成为无掺杂电接触的理想特性,”伯克利实验室电子材料项目负责人,加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学教授Ali Javey说。

两种材料都是透明的,并且它们具有非常适合太阳能电池的互补电子结构。

“他们以前曾在其他类型的设备上进行过探索,但结晶硅太阳能电池社区没有对它们进行过仔细研究,”该研究的主要高级作者Javey说。

Javey指出,他的团队几年前发现了氧化钼作为晶体硅太阳能电池的有效空穴接触的效用。“它有很多缺陷,这些缺陷对于产生的特性是至关重要的。这些都是很好的缺陷,”他说。

另一位作为瑞士纳沙泰尔EPFL晶体硅研究团队负责人的作家Stefaan de Wolf说:“我们在EPFL的太阳能电池制造平台上采用了这项技术,并发现这些钼氧化物层在优化后效果非常好并与晶体晶圆上的薄非晶硅层结合使用。它们允许我们标准方法的惊人变化。“

在该研究中,该团队发现氟化锂是电子接触到涂有薄无定形层的结晶硅的良好候选者。该层补充了用于空穴接触的钼氧化物层。

该团队使用一种称为热蒸发的室温技术,为新太阳能电池沉积氟化锂和钼氧化物层。研究团队希望测试许多其他材料,以确定它们是否可以提高细胞的效率。

Javey表示,还有望采用太阳能电池研究中使用的材料混合物来改善半导体晶体管的性能。“迫切需要降低晶体管的接触电阻,以便我们试着看看这是否有帮助。

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