Institut Shanghai Meningkatkan Efisiensi Konversi Sel Surya Heterojungsi Silikon
May 23, 2022
Baru-baru ini, tim Liu Zhengxin dari Pusat Teknologi Energi Baru dari Laboratorium Utama Teknologi Mikrosistem Shanghai Institute of Microsystems menemukan dalam film tipis silikon amorf (a-Si:H) yang didoping dari silikon amorf/silikon kristalin heterojungsi (SHJ) surya. sel. Efek Staebler-Wronski anomali, dan membuktikan bahwa efek anomali adalah esensi fisik dari penggunaan injeksi cahaya untuk meningkatkan efisiensi konversi fotolistrik sel surya SHJ. Hasilnya dipublikasikan pada 13 Mei 2022 di Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, faktor dampak 60.868).
Cahaya pertama kali ditemukan di laboratorium pada tahun 1977 oleh insinyur listrik Amerika David L. Staebler dan insinyur listrik Penn State dan profesor emeritus Christopher R. Wronski akan mengurangi konduktivitas gelap film tipis a-Si:H, fenomena ini kemudian dinamai "Staebler -Efek Wronski", fenomena ini menyebabkan masalah besar pada keandalan perangkat optoelektronik silikon amorf, dan juga mempengaruhi pengembangan silikon amorf dan pemanfaatan sel surya film tipis.
Di bidang silikon amorf, diyakini bahwa bentuk utama atom H dalam film tipis adalah ikatan kovalen Si-H. Dalam 2020, berdasarkan sejumlah besar data eksperimen, Liu Wenzhu et al. menemukan bahwa model struktural di atas tidak permanen. Dikombinasikan dengan FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley dan DFT dan sarana teknis lainnya, terbukti ada sejumlah besar doping a-Si:H dalam menjembatani atom H lemah dengan kerapatan setinggi 1021 cm-3 atau lebih akan "meracuni" efisiensi doping atom B dan P dalam jaringan a-Si:H. Ketika iradiasi cahaya (injeksi optik) atau medan listrik yang diterapkan (injeksi listrik) digunakan untuk memberikan kuanta energi lebih besar dari 0,88 eV, atom H yang lemah ini memperoleh energi yang cukup dan berdifusi atau melompat dalam kisi, sehingga mengaktifkan kembali atom B, P, B Konduktivitas gelap dari film a-Si:H tipe-p yang didoping meningkat secara signifikan, yang termasuk dalam "efek Staebler-Wronski abnormal" yang jelas (Gbr. a). Setelah iluminasi dihilangkan, konduktivitas gelap berangsur-angsur meluruh ke nilai awal sebelum iluminasi (Gbr. b). Kami menemukan bahwa perilaku peluruhan konduktivitas gelap ini dapat digambarkan sebagai kombinasi peluruhan Debye dan peluruhan Williams-Watts, yang pertama mewakili difusi bebas atom H dan yang terakhir mewakili atom H yang melompat di antara ikatan kimia (Gambar c). Dengan membandingkan lebih lanjut parameter kinerja sel surya, kami menemukan bahwa "efek Staebler-Wronski yang abnormal" secara kuantitatif dapat menggambarkan sel surya SHJ menggunakan injeksi cahaya untuk meningkatkan efisiensi konversi fotolistrik dan peluruhan keadaan gelap. Dengan bantuan proses injeksi cahaya penyinaran cahaya kuat 60 kali sinar matahari standar, efisiensi konversi tinggi lebih dari 25 persen diperoleh pada sel surya SHJ skala besar yang diproduksi secara industri (Gbr. d, e; pihak ketiga sertifikasi independen di Jerman dan Cina).
Penelitian lebih lanjut menemukan bahwa konduktivitas gelap tipe-n yang didoping-P a-Si:H dapat ditingkatkan lebih dari 100 kali di bawah sinar matahari. Oleh karena itu, "efek Staebler-Wronski abnormal" dapat digunakan untuk mempelajari lebih lanjut mekanisme fisik dan teknologi proses untuk meningkatkan efisiensi konversi fotolistrik sel surya SHJ.
