德国亥姆霍兹研究中心协会 用导电原子力显微镜针尖在超高真空下对非晶硅/碳硅界面样品表面进行纳米尺度扫描，通过非晶硅中的缺陷(放大截面为红色)揭示电荷载流子的输运通道
信用:马丁·昆斯汀/HZB 由晶体硅制成的太阳能电池实现了峰值效率，特别是与由非晶硅制成的选择性触点相结合
然而，它们的效率受到这些接触层中损耗的限制
现在，亥姆霍兹-曾特伦柏林(HZB)和美国犹他大学的一个团队首次实验性地展示了这种接触层是如何产生纳米尺度的损耗电流的，以及它们的物理来源是什么
硅太阳能电池现在如此便宜和高效，以至于它们可以以不到2美分/千瓦时的价格发电
当今最高效的硅太阳能电池是由厚度小于10纳米的选择性非晶硅接触层制成的，该接触层负责分离光产生的电荷
在HZB，使用这种硅异质结太阳能电池的效率达到了24%以上，并且也是串联太阳能电池的一部分，这导致最近报道的效率记录为29
15 % (A
Al-Ashouri等人
科学370，(2020))
目前日本单结硅太阳能电池的世界纪录也是基于这种异质结(26
6%: K
Yoshikawa等人
自然能源2，(2017))
与这种杂接触系统相关的效率潜力仍然很大，然而，还没有详细了解这些层如何实现电荷载流子分离以及它们的纳米级损耗机制是什么
非晶硅:氢接触层的特征在于其固有的无序，这一方面使得硅表面具有优异的涂层，从而使界面缺陷的数量最小化，但另一方面也有一个小缺点:它会导致局部复合电流和形成传输势垒
HZB大学和犹他大学的一个团队首次在原子水平上实验性地测量了这种漏电流是如何在碳硅和非晶硅之间形成的，以及它们如何影响太阳能电池的性能
在共同的努力下，一个由教授领导的团队
犹他大学的克里斯托弗·伯麦教授
医生
克劳斯·李普在HZB，他们能够使用超高真空导电原子力显微镜(cAFM)在纳米尺度上解析上述硅杂接触界面处的损耗机制
物理学家能够以接近原子的分辨率确定漏电流穿透选择性非晶硅氢接触的位置，并在太阳能电池中产生损耗过程
在cAFM中，这些损耗电流表现为纳米大小的电流通道，是与非晶硅网络无序相关的缺陷的指纹
“这些缺陷充当了电荷穿透选择性接触并引发复合的垫脚石，我们称之为“陷阱辅助量子力学隧穿”，Lips解释道
“这是第一次在非晶硅中看到这样的状态，我们能够在最高质量的太阳能电池的工作条件下解开损耗机制，”这位物理学家热情地报道
犹他/柏林团队也能够显示出通道暗流随时间随机波动
结果表明，存在短期电流阻断，这是由俘获在相邻缺陷中的局部电荷引起的，这改变了隧穿状态(垫脚石)的能量定位
这种被捕获的电荷还会导致电流通道中的局部光电电压上升到1V以上，这远远高于宏观接触所能使用的电压
“在从纳米到宏观世界的转变中，我们发现了令人兴奋的异质结物理，以及如何以更有针对性的方式进一步提高硅太阳能电池效率的关键，”博士说
伯恩德·亚锡夫斯基，他在HZB负责工业硅异质结太阳能电池的开发
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