El Instituto de Shanghái mejora la eficiencia de conversión de las células solares de heterounión de silicio
May 23, 2022
Recientemente, el equipo de Liu Zhengxin del New Energy Technology Center del Key Laboratory of Microsystem Technology del Shanghai Institute of Microsystems encontró en la película delgada de silicio amorfo dopado (a-Si:H) de silicio amorfo/heterounión de silicio cristalino (SHJ) solar células. Efecto Staebler-Wronski anómalo, y demostró que el efecto anómalo es la esencia física del uso de inyección de luz para mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares SHJ. El resultado se publicó el 13 de mayo de 2022 en Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, factor de impacto 60.868).
La luz fue descubierta por primera vez en el laboratorio en 1977 por el ingeniero eléctrico estadounidense David L. Staebler y el ingeniero eléctrico y profesor emérito de Penn State Christopher R. Wronski reducirá la conductividad oscura de las películas delgadas de a-Si:H, este fenómeno se denominó más tarde "Staebler -Efecto Wronski", este fenómeno causó grandes problemas a la confiabilidad de los dispositivos optoelectrónicos de silicio amorfo, y también afectó el desarrollo de silicio amorfo y la utilización de células solares de película delgada.
En el campo del silicio amorfo, se cree que la forma principal de los átomos de H en películas delgadas son los enlaces covalentes Si-H. En 2020, basándose en una gran cantidad de datos experimentales, Liu Wenzhu et al. encontró que el modelo estructural anterior no es permanente. Combinado con FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley y DFT y otros medios técnicos, se demuestra que hay una gran cantidad de dopaje a-Si:H en los átomos H débiles puente con una densidad tan alta como 1021 cm-3 o más "envenenarán" la eficiencia de dopaje de los átomos B y P en la red a-Si:H. Cuando se utiliza la irradiación de luz (inyección óptica) o un campo eléctrico aplicado (inyección eléctrica) para generar cuantos de energía superiores a 0,88 eV, estos átomos débiles de H ganan suficiente energía y se difunden o saltan en la red, reactivando así los átomos B, P, B La conductividad oscura de la película dopada de tipo p a-Si:H aumenta significativamente, lo que pertenece al obvio "efecto Staebler-Wronski anormal" (Fig. a). Después de que se eliminó la iluminación, la conductividad oscura decayó gradualmente al valor inicial antes de la iluminación (Fig. b). Encontramos que el comportamiento de decaimiento de esta conductividad oscura se puede describir como una combinación de decaimiento de Debye y decaimiento de Williams-Watts, el primero representa la difusión libre de átomos de H y el último representa átomos de H saltando entre enlaces químicos (Figura c). Al comparar aún más los parámetros de rendimiento de las células solares, descubrimos que el "efecto Staebler-Wronski anormal" puede describir cuantitativamente las células solares SHJ que usan inyección de luz para mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica y la descomposición del estado oscuro. Con la ayuda del proceso de inyección de luz de fuerte irradiación de luz de 60 veces la luz solar estándar, se obtuvo una alta eficiencia de conversión de más del 25 por ciento en las células solares SHJ a gran escala producidas industrialmente (Fig. d, e; certificación independiente en Alemania y China).
Investigaciones posteriores encontraron que la conductividad oscura del a-Si:H de tipo n dopado con P puede aumentar más de 100 veces bajo la luz solar. Por lo tanto, el "efecto Staebler-Wronski anormal" se puede utilizar para estudiar más a fondo el mecanismo físico y la tecnología de proceso para mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares SHJ.
