（圖片來源：ACS）

 

近年使用的商用光伏電池，采用堆疊晶體硅（c-Si）層和超薄氧化硅（SiOx）層，以形成電觸點。SiOx可用作鈍化膜，這種無反應層可以提高設備的性能、可靠性和穩定性。然而，僅僅依靠增加無反應層的厚度，并不能改善太陽能電池。SiOx是一種電絕緣體，太陽能電池電觸點的鈍化和電導率之間存在一定的“權衡”關系。

 

日本名古屋大學（Nagoya University）的研究人員開發了一種新型SiOx層，既能實現高度鈍化，又可以提高電導率。這種新型電觸點名為“在超薄介質中增強鈍化觸點的納米晶傳輸路徑”（NAnocrystalling Transport path in Ultrathin dielectrics for REinforcing passivating contact，簡稱NATURE觸點），由夾在兩層富氧SiOx之間的硅納米顆粒層構成的三層結構組成。研究人員Dr. Gotoh表示：“可以把鈍化膜想象成帶門的高墻。在NATURE觸點中，SiOx層是高墻，Si納米晶體是門。”

 

太陽能電池中電觸點的導電率取決于傳輸電子電荷的“載流途徑”（carrier pathway），這種電子通道的形成依賴“退火”高溫處理。此前研究表明，在SiOx觸點中以硅納米顆粒為載流途徑，可以實現良好的電氣性能。 在NATURE觸點中，通過退火工藝，可以在鈍化層中形成非常小的、接近球形的硅納米晶。這些納米晶的直徑與鈍化層的厚度相對應。因此，通過控制退火條件，可以調整鈍化層的直徑和厚度。

 

該團隊制造了NATURE觸點，并將其置于不同的退火條件下。研究人員通過透射電鏡術來研究觸點，結果發現在 750 °C的退火溫度下，觸點中可以形成硅納米晶。另外，研究人員探討觸點的電氣性能，并發現NATURE的觸點電阻和復合電流可與與現有觸點相媲美，如隧穿氧化物鈍化觸點（TOPCon）和多晶硅氧化物（POLO）觸點。復合電流（recombination current）現象會導致太陽能電池中出現電流和電壓損失，并降低其效率。

 

研究人員表示，NATURE觸點解決了鈍化層的保護性和導電率之間的權衡關系。這一發展將推動實現未來的建筑集成光伏（BIPV）和車輛集成光伏（VIPV），幫助在未來的低碳社會獲得零能源建筑和太陽能汽車。