实验室尺寸的太阳能电池原型(透明钝化触点)。在硅片上可以看到四个太阳能电池，每个面积为四平方厘米，每个电池都与丝网印刷的银触点接触并镶框。信用:Forschungszentrum Jülich今天没有比利用太阳更便宜的发电方式了。发电厂目前正在阳光充足的地方建设，将提供每千瓦时不到2美分的太阳能电力。市场上可用的基于晶体硅的太阳能电池使这成为可能，效率高达23%。因此，它们占据了大约95%的全球市场份额。随着效率超过26%，成本可能会进一步下降。一个由来自弗松赞特鲁姆·尤里奇的光伏研究人员领导的国际工作组现在计划通过太阳能电池正面的纳米结构透明材料和复杂的设计来实现这一目标。科学家们在著名的科学杂志《自然能源》上报道了他们多年研究的成功。硅太阳能电池在过去的几十年里得到了稳步的改进，并且已经达到了非常高的发展水平。然而，复合的干扰效应仍然发生在吸收太阳光和光电产生电荷载流子之后。在这个过程中，已经产生的负电荷和正电荷载流子在它们可以用于溶胶电流之前结合并相互抵消。这种效应可以通过具有特殊性质——钝化的特殊材料来抵消。
“我们的纳米结构层恰恰提供了这种理想的钝化，”马尔特·科勒说，他是前博士生，也是尤里克能源和气候研究所(IEK-5)的第一位作者，后来获得了博士学位。此外，超薄层是透明的——因此光的入射几乎不会减少——并且表现出高导电性。
“到目前为止，还没有其他方法结合了这三种特性——钝化、透明、导电——以及我们的新设计，”尤里克工作组负责人丁凯宁博士说。在实验室中，第一个Jülich TPC太阳能电池原型实现了23.99%(-0.29%)的高效率。哈梅林(ISFH)太阳能研究所独立的加州理工学院实验室也证实了这一数值。这意味着，尤里克TPC太阳能电池的排名仍然略低于迄今为止实验室制造的最好的晶体硅电池。但并行进行的模拟显示，采用热塑性塑料技术，效率可能超过26%。
在具有随机金字塔结构的晶片上具有透明正面层(TPC，透明钝化接触)的新型太阳能电池的层序列。灰色区域对应于n掺杂晶体硅晶片，浅蓝色层是湿化学生长的二氧化硅，红色层对应于钝化碳化硅，随后是橙色的导电碳化硅。绿色的最终层对应于氧化铟锡(ITO)。Credit: Forschungszentrum Jülich“此外，我们只在制造中使用了可以相对快速地集成到系列生产中的工艺，”丁强调了相对于其他研究方法的优势。凭借这一战略，尤里克的科学家们为他们从实验室发展到大规模工业太阳能电池生产铺平了道路，而无需付出太多努力。
生产热塑性塑料太阳能电池层需要几个工艺步骤。在一层薄薄的二氧化硅上，研究人员沉积了双层微小的金字塔形碳化硅纳米晶体——在两种不同的温度下使用。最后，铟锡氧化物的透明层随之而来。丁和他的同事使用湿化学工艺、化学气相沉积(CVD)和溅射工艺。
来自IEK 5号和尤里克恩斯特鲁斯卡电子显微镜中心的尤里克研究人员与荷兰、中国、俄罗斯和厄瓜多的几个研究所密切合作。“我们希望太阳能电池制造商对我们的技术表现出极大的兴趣，”丁说。
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