图形摘要。鸣谢:ACS应用纳米材料(2022)。DOI: 10.1021/ acsanm.1c03355未来，使用物联网(IoT)设备的脱碳社会将变得司空见惯。但要实现这一点，我们需要首先实现高效和稳定的可再生能源。太阳能电池被认为是一个有前途的选择，但它们的电接触受到表面钝化和导电性之间的“权衡”关系的影响。最近，来自日本的研究人员开发了一种新型的电接触，可以克服这个问题。最新类型的商业光伏电池(太阳能电池)使用晶体硅(c-Si)和超薄氧化硅层(SiOx)的堆叠层来形成电接触。SiOx用作“钝化”膜——一种非反应层，可提高器件的性能、可靠性和稳定性。但这并不意味着简单地增加钝化层的厚度就能提高太阳能电池的性能。SiOx是电绝缘体，并且在太阳能电池中电接触的钝化和导电性之间存在权衡关系。
在发表在ACS Applied Nano Materials上的一项新研究中，由名古屋大学的Kazuhiro Gotoh助理教授和Noritaka Usami教授领导的研究小组开发了一种新型SiOx层，si同时允许高钝化和改善的导电性。这种新的电接触被称为超薄电介质中的纳米结晶传输路径，用于增强钝化接触(自然接触)，由三层结构组成，由一层硅纳米粒子夹在两层富氧的SiOx之间组成。“你可以把钝化膜想象成一堵有门的大墙。在自然接触中，大墙是SiOx层，栅极是Si纳米晶体，”Gotoh博士解释道。
太阳能电池中电接触的导电性取决于电荷传输的“载流子路径”的形成。这种电通路的形成依赖于被称为“退火”的高温处理
先前的研究表明，包含硅纳米颗粒作为载流子路径的SiOx触点可以实现良好的电性能。在自然接触中，退火过程导致在钝化层中形成非常小的硅纳米晶体，其形状接近球形。这些纳米晶体的直径对应于钝化层的厚度。因此，通过控制退火条件，可以调整钝化层的直径和随后的厚度。
研究小组制造了自然接触，然后将它们置于不同的退火条件下。在用透射电子显微镜研究触点时，他们发现在750℃的退火温度下，在触点中形成了硅纳米晶体。他们还研究了触点的电特性。他们发现，与隧道氧化物钝化接触(TOPCon)或氧化物上的多晶硅(POLO)接触等现有接触相比，大自然具有可比的接触电阻和“复合电流”值，这种现象会导致太阳能电池中的电流和电压损失，并降低其效率。
“自然接触克服了钝化膜的保护能力和导电性之间的权衡关系。Gotoh博士总结道:“这一发展将有助于实现未来的建筑集成光伏(BIPV)和车辆集成光伏(VIPV)，并帮助我们在未来的脱碳社会中实现零能耗建筑和太阳能汽车。”。
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