北大刘剑和潘锋&浙大陈俊&中科院林原Nano Energy：铝热反应引发多金属氧化还原，从而构建出高效硅太阳能电池

 1

前言回顾

发展可持续的清洁能源是近年来应对化石能源枯竭和环境污染的重要方法之一。在各种可再生能源中，因太阳能可以提供清洁能源，而在全球引起了极大的关注。晶体硅太阳能电池作为主流光伏技术之一，在过去几十年中迅速成为传统化石能源的替代品。其中，对C-Si太阳能电池进行研究的主要目的是提高其效率，以确保经济的能源生产。现今，C-Si太阳能电池的主要挑战之一是光生载流子在金属-硅界面的复合，这会大大降低整体的效率。此外，载流子聚集的高电阻也会对有效载流子的提取进行阻碍，尤其会影响具有最大生产能力的P型c-Si太阳能电池。因此，有效的提高P型C-Si太阳能电池的效率是当前的研究重点。

2

文献简介

基于此，北京大学的刘剑和潘锋、浙江大学的陈俊和中国科学院的林原等人，利用一种新型的Sb2O3-MoO3-B2O3玻璃料引发铝热反应，以构建Sb/Mo共掺杂的Al-Si界面。通过固液接触的方式，玻璃料的低熔融温度可以增强铝热反应的效果，使得元素能够梯度分布，并导致内部和表面区域的Al-Si层价态的差异。Al和Sb在内层的价态高于在表面的价态，而Mo则相反。功函数匹配的金属Mo可以降低势垒，从而提高空穴选择性并增强电势跳跃步骤。实验结果表明，由此制造的太阳能电池可以实现高开路电压、高短路电流和低串联电阻。因此，具有全Al-BSF的单晶硅太阳能电池获得了19.94%的功率转换效率。这项工作不仅为硅太阳能电池提供了一种新的空穴选择性接触，而且还介绍了一种可以调节界面元素分布和价态的新方法，从而有效的提高效率。

图1. 玻璃料和铝浆的制造工艺和特性

图2. 电池的光伏特性

图3. 细胞的表面电位图像、形貌和表面电位线轮廓

图4.SEM的表面和横截面形态图像、TEM的Al-Si界面图像以及EDS的界面元素分布

3

文献总结

总之，该课题组设计了一种新的低Tg玻璃料，并将其添加到Al浆中，通过铝热反应，实现了良好的Al-Si接触层和厚BSF层，有效的提高了单晶C-Si太阳能电池的性能。在Al-Si界面内，具有强氧化性能的MoO3被还原为金属Mo，而Sb2O3被氧化为Sb2O5，Al被氧化为Al2O3。同时，通过铝热反应所构建的Sb/Mo共掺杂Al-Si界面不仅降低了铝和硅之间的接触势垒，并最大限度地减少了载流子复合。最终，由这种玻璃料所制造出的太阳能电池表现出了高Voc、高Isc和低Rs，且得到了高达19.93%的PCE。B2O3-Sb2O3-MoO3玻璃料作为一种新型的低Tg玻璃料，在电子浆料中显示出巨大的应用潜力。该研究也为调节界面上的元素及其价态提供了一种新的方法。相关研究成果发表于国际知名期刊《Nano Energy》，题为“Construction of efficient silicon solar cells through polymetallic oxidation-reduction triggered by thermite reaction”。

本文关键词：转换效率；低Tg玻璃料；铝热反应；太阳能电池；空穴选择性

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！