近日，中國科學(xué)院上海高等研究院研究員李東棟、副研究員魯林峰等人在ACS Applied Materials & Interfaces上，發(fā)表了題為Interfacial Engineering of Cu2O Passivating Contact for Efficient Crystalline Silicon Solar Cells with an Al2O3 Passivation Layer的研究成果。

晶體硅與p型Cu2O材料具有低的價帶偏移和高的導(dǎo)帶偏移，因此，c-Si/Cu2O異質(zhì)結(jié)可對電子進行阻擋，實現(xiàn)空穴的選擇性傳輸。該研究中，研究人員以p-Si/Cu2O鈍化接觸異質(zhì)結(jié)太陽能電池為研究對象，發(fā)現(xiàn)直接的p-Si/Cu2O接觸將導(dǎo)致一個自發(fā)形成的亞化學(xué)計量比SiOX夾層。同時，Cu元素也擴散到硅表面形成深能級摻雜，減少少數(shù)載流子壽命。研究人員隨后在p-Si/Cu2O界面上引入超薄Al2O3層(~1 nm)，它不僅能夠起到鈍化隧道層的作用，而且還抑制了Si/Cu2O界面上的氧化還原反應(yīng)和Cu擴散。結(jié)合金的高功函數(shù)和銀的優(yōu)異光學(xué)特性，基于p-Si/Al2O3/Cu2O/Au/Ag鈍化接觸的太陽電池功率轉(zhuǎn)換效率可達到19.71%，為已報道的同類型電池的最高水平。該研究揭示了p-Si/Cu2O鈍化接觸的界面特性和載流子傳輸機制，為減少其界面缺陷和實現(xiàn)載流子的選擇性傳輸提供了有效策略，可作為一種普適的方法在提升異質(zhì)結(jié)電池效率和穩(wěn)定性方面得到應(yīng)用，并為其他類型的薄膜太陽電池的研究提供新思路。

研究工作獲得國家自然科學(xué)基金委員會、上海市科委和中科院青年創(chuàng)新促進會等的支持。

圖1.p型Si片上沉積Cu2O和Al2O3/Cu2O疊層薄膜后的(a)少子壽命隨注入濃度的關(guān)系，以及(b)飽和電流密度(J0S)

圖2.p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜的Cu 2p, Cu LMM, Si 2p 以及O 1s的XPS圖譜

圖3.p-Si和p-Si/Al2O3襯底上制備Cu2O薄膜截面的高分辨透射電子顯微鏡照片以及相應(yīng)的能譜分析

圖4.(a)p-Si/Al2O3/Cu2O背接觸異質(zhì)電池示意圖，以及不同疊層器件的(b)電流密度-電壓(J-V)和(c)外量子效率(EQE)曲線。(d)在不同金屬背電極下，體硅和電極的光吸收特性