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　　SHJ電池是在晶硅兩側(cè)表面依次沉積本征非晶硅和摻雜非晶硅形成的一種可雙面入光發(fā)電的太陽能電池(圖1A)，其結(jié)構(gòu)中的非晶硅薄膜一方面可以鈍化晶硅表面懸掛鍵，從而確保光生載流子的有效傳輸與抽??；另一方面，非晶硅薄膜較大的帶隙也促使該類電池具有顯著的高開路電壓和高光電轉(zhuǎn)換效率(理論極限效率為29.4%)，被認(rèn)為是具有產(chǎn)業(yè)化競爭力的光伏技術(shù)之一。然而，實(shí)際制備的SHJ電池效率與理論極限效率仍存在較大差距，影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。因此，尋找制約SHJ電池效率提升的根本原因成為領(lǐng)域迫切需要解決的核心問題。
 

　　針對上述問題，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以產(chǎn)業(yè)化SHJ電池(M2基片，面積244.5 cm2)為研究對象，采用電子顯微學(xué)觀察、理論計(jì)算、器件物理分析相結(jié)合的方式，模擬產(chǎn)業(yè)化工藝步驟參數(shù)，離位/原位觀察并確定了界面處的原子結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。在c-Si{111}/a-Si:H電池界面處，不僅觀察到常規(guī)外延生長現(xiàn)象，更重要的是在外延層中發(fā)現(xiàn)了“嵌入式納米孿晶”(圖1B)；進(jìn)一步理論計(jì)算及器件物理性能分析表明，該缺陷扮演了深能級復(fù)合陷阱的角色(圖1C、圖1D)，能引起光生載流子的SRH(Shockley-Read-Hall)復(fù)合效應(yīng)，進(jìn)而降低器件的少子壽命，限制了SHJ電池的轉(zhuǎn)換效率。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了過去40多年SHJ電池研究總結(jié)的一個(gè)共識觀點(diǎn)，即影響SHJ電池效率的是界面處存在的Si-懸掛鍵點(diǎn)缺陷，也解釋了氫鈍化工藝改進(jìn)為何難以進(jìn)一步提升電池性能。同時(shí)，基于“嵌入式納米孿晶”缺陷的形核-生長-終止乃至對稱性的反轉(zhuǎn)規(guī)律，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還闡釋了產(chǎn)生“納米孿晶缺陷”缺陷的誘導(dǎo)因素和作用機(jī)制，提出了超薄抑制鈍化層等系統(tǒng)器件工藝，制備的SHJ電池測試結(jié)果表明，工藝改進(jìn)后界面缺陷密度明顯降低(圖1E)、電池光電轉(zhuǎn)換效率得到提升(圖1F)。
 

　　項(xiàng)目研究成果對SHJ電池乃至其他種類硅異質(zhì)結(jié)電池具有參考價(jià)值，為我國光伏產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和穩(wěn)健發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。
 

　　圖1  硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)太陽能電池中晶硅/非晶硅界面研究。(A)硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；(B)嵌入式納米孿晶缺陷的原子分辨顯微結(jié)構(gòu)；缺陷態(tài)的電荷分布(C)和能帶結(jié)構(gòu)(D)；工藝改進(jìn)前后界面缺陷密度(E)與電池光電轉(zhuǎn)換效率(F)的情況對比