Instituto de Xangai melhora a eficiência de conversão de células solares de silício heterojunção
May 23, 2022
Recentemente, a equipe de Liu Zhengxin do New Energy Technology Center do Key Laboratory of Microsystem Technology do Shanghai Institute of Microsystems encontrou no filme fino de silício amorfo dopado (a-Si:H) de silício amorfo / heterojunção de silício cristalino (SHJ) solar células. Efeito anômalo de Staebler-Wronski e provou que o efeito anômalo é a essência física do uso de injeção de luz para melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica das células solares SHJ. O resultado foi publicado em 13 de maio de 2022 na Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, fator de impacto 60.868).
A luz foi descoberta pela primeira vez em laboratório em 1977 pelo engenheiro elétrico americano David L. Staebler e pelo engenheiro elétrico e professor emérito da Penn State Christopher R. Wronski reduzirá a condutividade escura de filmes finos de a-Si:H, esse fenômeno foi mais tarde denominado "Staebler -Efeito Wronski", este fenômeno causou grandes problemas para a confiabilidade dos dispositivos optoeletrônicos de silício amorfo, e também afetou o desenvolvimento de silício amorfo e utilização de células solares de filme fino.
No campo do silício amorfo, acredita-se que a principal forma de átomos de H em filmes finos sejam as ligações covalentes Si-H. Em 2020, com base em um grande número de dados experimentais, Liu Wenzhu et al. descobriram que o modelo estrutural acima não é permanente. Combinado com FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley e DFT e outros meios técnicos, está provado que há uma grande quantidade de dopagem a-Si:H na ponte de átomos de H fracos com uma densidade tão alta quanto 1021 cm-3 ou mais irão "envenenar" a eficiência de dopagem dos átomos B e P na rede a-Si:H. Quando a irradiação de luz (injeção óptica) ou um campo elétrico aplicado (injeção elétrica) é usado para fornecer quanta de energia maiores que 0,88 eV, esses átomos de H fracos ganham energia suficiente e se difundem ou saltam na rede, reativando assim os átomos de B, P, B A condutividade escura do filme a-Si:H dopado do tipo p aumenta significativamente, o que pertence ao óbvio "efeito Staebler-Wronski anormal" (Fig. a). Depois que a iluminação foi removida, a condutividade escura decaiu gradualmente para o valor inicial antes da iluminação (Fig. b). Descobrimos que o comportamento de decaimento dessa condutividade escura pode ser descrito como uma combinação de decaimento de Debye e decaimento de Williams-Watts, o primeiro representando a difusão livre de átomos de H e o último representando átomos de H saltando entre ligações químicas (Figura c). Ao comparar ainda mais os parâmetros de desempenho das células solares, descobrimos que o "efeito Staebler-Wronski anormal" pode descrever quantitativamente as células solares SHJ usando injeção de luz para melhorar a eficiência da conversão fotoelétrica e a deterioração do estado escuro. Com a ajuda do processo de injeção de luz de forte irradiação de luz de 60 vezes a luz solar padrão, uma alta eficiência de conversão de mais de 25 por cento foi obtida nas células solares SHJ de grande escala produzidas industrialmente (Fig. d, e; terceiros certificação independente na Alemanha e na China).
Outras pesquisas descobriram que a condutividade escura do tipo n dopado com P a-Si:H pode ser aumentada em mais de 100 vezes sob a luz solar. Portanto, o "efeito Staebler-Wronski anormal" pode ser usado para estudar ainda mais o mecanismo físico e a tecnologia de processo para melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica das células solares SHJ.
