美国能源部下属国家可再生能源实验室（NREL）的科学家们正在从事理论上看似矛盾的研究发现：硅太阳能电池中的某些缺陷实际上可能提高其发电性能。 据NREL硅太阳能电池组项目负责人、首席科学家pauls Stradins透露：研究结果违背了传统意义上的结论。 深层缺陷常常影响太阳能电池的转化效率，但NREL的理论研究表明，通过恰当的能级设计缺陷可以改善电池的载流子收集，或提高吸收层表面钝化。研究人员在实验室对太阳能电池硅片相邻层模拟添加杂质，就是说他们在一个薄的隧穿二氧化硅（SiO2）层硅片和相邻的氧化铝（Al2O3）表面钝化层中引入杂质，为载流子收集形成部分“钝化接触”。在这两种情况下，特定的缺陷被证明是有益的。 这项模拟工作在NREL和国家能源研究科学计算中心的超级计算机实验室完成。 本研究由Stradins、刘援越、魏苏淮、邓辉雄和罗君伟等人合作开展，课题名称为“在硅太阳能电池中通过引入缺陷抑制载流子的复合”研究成果发布在“应用物理快报(Applied Physics Letters)”。 该研究认为，发现正确的缺陷是工艺的关键。通过隧穿SiO2氧化层缺陷促进载流子的收集，但该缺陷所在的能级需要在硅带隙外但接近其中一个能带边缘，以便形成选择性收集某一种光生载流子。与之相反，对于采用Al2O3钝化的硅表面，不产生载流子的收集，有益的缺陷远远低于硅的共价能带，并有永久性的负电荷。模拟过程将硅片附近的氧化层除去某些原子，用其它元素的原子取代，从而生成一个“缺陷”，例如，当一个氧原子被氟原子取代，所形成的缺陷可能促进电子收集，同时阻止空穴。 之后，会对这些缺陷根据它们的能量水平和充电状态进行分类排序。还需要更多的研究来确定哪些缺陷会产生最好的结果。在这项研究中采用的原则是能适用于其他材料和设备，如光阳极(photoanode)和二维半导体。最近的一项研究表明，氧的加入可以改善半导体材料的性能。对于太阳能电池和光阳极，设计缺陷可能允许更厚、更强大的载流子选择性隧道传输层或蚀穿保护层更容易制作。 这项研究是由美国能源部SunShot Initiative支持，与乔治亚理工学院、Fraunhofer ISE、NREL联合项目的一部分，旨在研究更高效率的硅太阳能电池。 |
