上海高研院在晶体硅太阳电池研究中取得进展

晶体硅（c-Si）太阳电池的降本增效是发展和普及光伏发电、实现“碳达峰、碳中和”目标的重要推动力。以非晶硅/晶体硅异质结（SHJ）为代表的钝化接触太阳电池已获得较高的转换效率，受到产业界的广泛关注；SHJ电池存在的寄生光吸收高、设备和工艺成本高等问题促使学界寻找替代材料和工艺。

近日，中国科学院上海高等研究院研究员李东栋、副研究员鲁林峰等人在ACS Applied Materials & Interfaces上，发表了题为Interfacial Engineering of Cu₂O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al₂O₃ Passivation Layer的研究成果。

晶体硅与p型Cu₂O材料具有低的价带偏移和高的导带偏移，因此，c-Si/Cu₂O异质结可对电子进行阻挡，实现空穴的选择性传输。该研究中，研究人员以p-Si/Cu₂O钝化接触异质结太阳能电池为研究对象，发现直接的p-Si/Cu2O接触将导致一个自发形成的亚化学计量比SiO_X夹层。同时，Cu元素也扩散到硅表面形成深能级掺杂，减少少数载流子寿命。研究人员随后在p-Si/Cu₂O界面上引入超薄Al₂O₃层（~1 nm），它不仅能够起到钝化隧道层的作用，而且还抑制了Si/Cu₂O界面上的氧化还原反应和Cu扩散。结合金的高功函数和银的优异光学特性，基于p-Si/Al₂O₃/Cu₂O/Au/Ag钝化接触的太阳电池功率转换效率可达到19.71%，为已报道的同类型电池的最高水平。该研究揭示了p-Si/Cu₂O钝化接触的界面特性和载流子传输机制，为减少其界面缺陷和实现载流子的选择性传输提供了有效策略，可作为一种普适的方法在提升异质结电池效率和稳定性方面得到应用，并为其他类型的薄膜太阳电池的研究提供新思路。

研究工作获得国家自然科学基金委员会、上海市科委和中科院青年创新促进会等的支持。

图1.p型Si片上沉积Cu₂O和Al₂O₃/Cu₂O叠层薄膜后的（a）少子寿命随注入浓度的关系，以及（b）饱和电流密度（J0S）

图2.p-Si和p-Si/Al₂O₃衬底上制备Cu₂O薄膜的Cu 2p, Cu LMM, Si 2p 以及O 1s的XPS图谱

图3.p-Si和p-Si/Al₂O₃衬底上制备Cu₂O薄膜截面的高分辨透射电子显微镜照片以及相应的能谱分析

图4.（a）p-Si/Al₂O₃/Cu₂O背接触异质电池示意图，以及不同叠层器件的（b）电流密度-电压（J-V）和（c）外量子效率（EQE）曲线。（d）在不同金属背电极下，体硅和电极的光吸收特性