名古屋大学开发新型电子元件 提高太阳能电池的稳定性和电导率

为了实现脱碳社会，首先需要高效稳定的可再生能源。太阳能电池被视为一种富有前景的选项，但其电触点受到表面钝化和电导率之间“权衡”关系的影响。据外媒报道，日本研究人员开发了一种新型电触点，可以解决这一问题。

（图片来源：ACS）

近年使用的商用光伏电池，采用堆叠晶体硅（c-Si）层和超薄氧化硅（SiOx）层，以形成电触点。SiOx可用作钝化膜，这种无反应层可以提高设备的性能、可靠性和稳定性。然而，仅仅依靠增加无反应层的厚度，并不能改善太阳能电池。SiOx是一种电绝缘体，太阳能电池电触点的钝化和电导率之间存在一定的“权衡”关系。

日本名古屋大学（Nagoya University）的研究人员开发了一种新型SiOx层，既能实现高度钝化，又可以提高电导率。这种新型电触点名为“在超薄介质中增强钝化触点的纳米晶传输路径”（NAnocrystalling Transport path in Ultrathin dielectrics for REinforcing passivating contact，简称NATURE触点），由夹在两层富氧SiOx之间的硅纳米颗粒层构成的三层结构组成。研究人员Dr. Gotoh表示：“可以把钝化膜想象成带门的高墙。在NATURE触点中，SiOx层是高墙，Si纳米晶体是门。”

太阳能电池中电触点的导电率取决于传输电子电荷的“载流途径”（carrier pathway），这种电子通道的形成依赖“退火”高温处理。此前研究表明，在SiOx触点中以硅纳米颗粒为载流途径，可以实现良好的电气性能。在NATURE触点中，通过退火工艺，可以在钝化层中形成非常小的、接近球形的硅纳米晶。这些纳米晶的直径与钝化层的厚度相对应。因此，通过控制退火条件，可以调整钝化层的直径和厚度。

该团队制造了NATURE触点，并将其置于不同的退火条件下。研究人员通过透射电镜术来研究触点，结果发现在 750 °C的退火温度下，触点中可以形成硅纳米晶。另外，研究人员探讨触点的电气性能，并发现NATURE的触点电阻和复合电流可与与现有触点相媲美，如隧穿氧化物钝化触点（TOPCon）和多晶硅氧化物（POLO）触点。复合电流（recombination current）现象会导致太阳能电池中出现电流和电压损失，并降低其效率。

研究人员表示，NATURE触点解决了钝化层的保护性和导电率之间的权衡关系。这一发展将推动实现未来的建筑集成光伏（BIPV）和车辆集成光伏（VIPV），帮助在未来的低碳社会获得零能源建筑和太阳能汽车。