硅太陽能電池非常便宜和高效，它們可以以低于2美分/千瓦時(shí)的價(jià)格發(fā)電。目前最高效的硅太陽能電池是由小于10納米的薄非晶硅(a-Si:H)接觸層制成的，這些接觸層負(fù)責(zé)分離光產(chǎn)生的電荷。

使用這種硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，HZB的效率達(dá)到了24%以上，同時(shí)也是串聯(lián)太陽能電池的一部分，最近報(bào)道的效率記錄為29.15%。

目前來自日本的單結(jié)硅太陽能電池的世界紀(jì)錄也是基于這種異質(zhì)接觸。

這種異質(zhì)接觸系統(tǒng)仍有相當(dāng)大的效率潛力，然而，這些層是如何實(shí)現(xiàn)載流子分離的，以及它們的納米損失機(jī)制是什么，目前尚不清楚。晶硅:H接觸層的特點(diǎn)是其內(nèi)在障礙,這一方面使優(yōu)秀的硅表面的涂層,從而最大限度地減少界面缺陷的數(shù)量,但另一方面也有一個(gè)小缺點(diǎn):它會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)貜?fù)合電流和運(yùn)輸?shù)男纬烧系K。

HZB和猶他大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)首次在原子水平上實(shí)驗(yàn)測量了這種泄漏電流是如何在c-Si和a-si:H之間形成的，以及它們?nèi)绾斡绊懱柲茈姵氐男阅堋?/p>

Christoph伯麥教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,他們能夠解決上述的損失機(jī)制接口使用超高真空硅納米尺度上heterocontact導(dǎo)電原子力顯微鏡(cAFM)。

利用導(dǎo)電的AFM探針，在超高真空條件下，在納米尺度上掃描A-si:H/c-Si界面樣品表面，揭示了載流子通過A-si:H缺陷的輸運(yùn)通道(放大部分紅色狀態(tài))。(:MartinKünsting/HZB)

該小組在ACS應(yīng)用納米材料上報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)(“ImagingofBandtailStatesinSiliconHeterojunctionSolarCells:NanoscopicCurrentEffectsonPhotovoltaics”)。

物理學(xué)家們能夠以接近原子的分辨率確定泄漏電流在何處穿透選擇性a-si:H接觸，并在太陽能電池中造成損失過程。在cAFM中，這些損耗電流以納米級電流通道的形式出現(xiàn)，是與非晶硅網(wǎng)絡(luò)無序有關(guān)的缺陷的指紋。

這些缺陷充當(dāng)電荷穿透選擇性接觸并誘導(dǎo)復(fù)合的墊腳石，我們稱之為“陷阱輔助的量子力學(xué)隧道”，Lips解釋道，這是第一次在a-si:H中可見這樣的狀態(tài)，而且我們能夠在最高質(zhì)量的a太陽能電池的工作條件下揭示損耗機(jī)制。

猶他州和柏林的研究小組還發(fā)現(xiàn)，暗道電流隨時(shí)間隨機(jī)波動(dòng)。結(jié)果表明，存在一個(gè)短期電流封鎖，這是由捕獲在鄰近缺陷中的局部電荷引起的，它改變了隧穿態(tài)的能量位置(墊腳石)。這種被捕獲的電荷還會(huì)導(dǎo)致電流通道的局部光電電壓上升到1V以上，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于宏觀接觸所能使用的電壓。

關(guān)鍵在如何進(jìn)一步提高硅太陽能電池的效率在一個(gè)更有針對性的方法,貝恩德?Stannowski博士補(bǔ)充說。