L'Institut de Shanghai améliore l'efficacité de conversion des cellules solaires à hétérojonction au silicium

Récemment, l'équipe de Liu Zhengxin du New Energy Technology Center du Key Laboratory of Microsystem Technology de l'Institut des microsystèmes de Shanghai a trouvé dans le film mince de silicium amorphe dopé (a-Si:H) de silicium amorphe/hétérojonction de silicium cristallin (SHJ) solaire cellules. Effet Staebler-Wronski anormal, et a prouvé que l'effet anormal est l'essence physique de l'utilisation de l'injection de lumière pour améliorer l'efficacité de conversion photoélectrique des cellules solaires SHJ. Le résultat a été publié le 13 mai 2022 dans Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, facteur d'impact 60.868).

La lumière a été découverte pour la première fois en laboratoire en 1977 par l'ingénieur électricien américain David L. Staebler et l'ingénieur électricien et professeur émérite de Penn State Christopher R. Wronski réduira la conductivité sombre des couches minces a-Si:H, ce phénomène a ensuite été nommé "Staebler -Effet Wronski", ce phénomène a causé de gros problèmes à la fiabilité des dispositifs optoélectroniques en silicium amorphe, et a également affecté le développement et l'utilisation du silicium amorphe des cellules solaires à couches minces.

Dans le domaine du silicium amorphe, on pense que la forme principale des atomes d'hydrogène dans les films minces est les liaisons covalentes Si-H. En 2020, sur la base d'un grand nombre de données expérimentales, Liu Wenzhu et al. constaté que le modèle structurel ci-dessus n'est pas permanent. Combiné avec FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley et DFT et d'autres moyens techniques, il est prouvé qu'il existe une grande quantité de dopage a-Si:H dans les atomes H faibles de pontage avec une densité aussi élevée que 1021 cm-3 ou plus « empoisonneront » l'efficacité de dopage des atomes B et P dans le réseau a-Si:H. Lorsqu'une irradiation lumineuse (injection optique) ou un champ électrique appliqué (injection électrique) est utilisé pour donner des quanta d'énergie supérieurs à 0,88 eV, ces atomes H faibles gagnent suffisamment d'énergie et diffusent ou sautent dans le réseau, réactivant ainsi les atomes B, P, B La conductivité à l'obscurité du film a-Si:H de type p dopé augmente de manière significative, ce qui appartient à "l'effet Staebler-Wronski anormal" évident (Fig. a). Une fois l'éclairage supprimé, la conductivité à l'obscurité a progressivement diminué jusqu'à la valeur initiale avant l'éclairage (Fig. b). Nous avons constaté que le comportement de désintégration de cette conductivité sombre peut être décrit comme une combinaison de la désintégration de Debye et de la désintégration de Williams-Watts, la première représentant la diffusion libre des atomes H et la seconde représentant les atomes H sautant entre les liaisons chimiques (Figure c). En comparant davantage les paramètres de performance des cellules solaires, nous avons constaté que "l'effet Staebler-Wronski anormal" peut décrire quantitativement les cellules solaires SHJ utilisant l'injection de lumière pour améliorer l'efficacité de la conversion photoélectrique et la décroissance à l'état sombre. Avec l'aide du processus d'injection de lumière d'une forte irradiation lumineuse de 60 fois la lumière solaire standard, un rendement de conversion élevé de plus de 25% a été obtenu sur les cellules solaires SHJ à grande échelle produites industriellement (Fig. d, e; tiers certification indépendante en Allemagne et en Chine).

Des recherches plus poussées ont montré que la conductivité à l'obscurité du a-Si:H de type n dopé P peut être augmentée de plus de 100 fois sous la lumière du soleil. Par conséquent, "l'effet Staebler-Wronski anormal" peut être utilisé pour étudier plus avant le mécanisme physique et la technologie de traitement afin d'améliorer l'efficacité de conversion photoélectrique des cellules solaires SHJ.