Aenert. Research Laboratory news
在光伏行业中，不断开发创新的制造工艺、新材料、太阳能电池和模块设计，以提高设备性能并降低最终能源成本。异质结太阳能电池就是此类创新技术之一，它在太阳能电池板市场中的份额不断增长。异质结太阳能电池（HJT），也称为硅异质结（SHJ）或本征薄层异质结（HIT），是一系列光伏电池技术，基于具有不同带隙的半导体之间形成的异质结。它们是一种混合技术，结合了传统晶体太阳能电池和薄膜太阳能电池的各个方面。
异质结太阳能电池在一个电池中包含两种不同的技术：夹在两层非晶“薄膜”硅之间的晶体硅电池。与传统的硅太阳能电池板相比，这可以提高电池板的效率并收集更多的能量。薄膜硅是非晶态的。与面板中常用的晶体硅不同，非晶硅不具有规则的晶体结构。相反，硅原子是随机排列的。因此，制造这种类型的太阳能电池的成本较低。

薄膜太阳能电池的最大优势包括成本较低和可沉积非晶硅的材料类型的灵活性。在异质结太阳能电池中，传统的晶体硅晶片在其正面和背面沉积有非晶硅。这导致了几层薄膜太阳能吸收额外的光子，否则这些光子不会被中间的晶体硅晶片捕获。

现在（ 2023年），美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的科学家通过重新设计电池堆中的材料，成功提高了太阳能电池的效率。

在计算和实验研究的帮助下，科学家们利用动态氢化物气相外延 (D-HVPE) 制造了砷化镓 (GaAs) 异质结太阳能电池，经认证效率为 27%。III-V 太阳能电池因其制造它们的元素在元素周期表中的位置而得名，广泛用于为航天技术提供动力。与现有技术相比，D-HVPE 有望成为一种成本更低的细胞合成方法。

除了 GaAs 基极层外，太阳能电池还包括砷化镓铟磷化物 (GaInAsP) 发射极层。两个不同的层构成异质结。为了更好地了解可能的效率，研究人员对改变发射极层的锌掺杂密度和带隙的影响进行了建模。这是通过在层生长过程中改变镓、铟、砷和磷的相对浓度来实现的。然后，研究人员根据建模结果设计了电池，并实现了模型预测的效率增强。作为基准的后异质结太阳能电池使用由 GaInP 组成的发射极，据报告效率为 26%。减少发射极的掺杂并将其成分从 GaInP 更改为较低带隙的 GaInAsP 有助于将效率提高到 27%，尽管器件的其余部分完全相同。

鉴于正在进行的能源转型，异质结太阳能电池研究是政府和能源公司的主要兴趣之一。2022 年，科学家们创造了具有改进后接触的硅异质结电池，该电池由 p 型掺杂纳米晶硅和定制的透明导电氧化物组成。由于空穴选择性接触的低接触电阻（< 5 mΩ·cm²），在工业级硅片上实现了 26.74% 的高功率转换效率以及 86.48% 的创纪录填充因子（FF）（274 cm²，M6 尺寸）。与普通p型传输层对应物（即非晶硅）相比，对改进的硅异质结电池的电性能进行了彻底的分析，并且也充分显示了改进的载流子传输。

Image: Optical Performance

Source: Hao Lin, Miao Yang, Xiaoning Ru, Genshun Wang/ 26.7% efficiency silicon heterojunction solar cells achieved by electrically optimized nanocrystalline-silicon hole contact layers/ Research Square, December 2022/ DOI:10.21203/rs.3.rs-2402141/v1/ Open Access This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

 2023 年，科学家们成功提高了采用正面扁平硅晶圆的串联器件的 PCE。 通过在钙钛矿前驱体墨水中使用2,3,4,5,6-五氟苄基膦酸（pFBPA），可以抑制钙钛矿/C60界面附近的非辐射复合，并且通过在钙钛矿薄膜下使用SiO2纳米粒子，可以增加针孔的数量 并减少了pFBPA引入的分流，同时采用[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸作为空穴传输层。 通过将具有这些开发成果的钙钛矿电池与硅电池集成，在 1cm2 的活性面积下，可重复 PCE 达到 30±1%，经认证的最大值为 30.9%。

Image: Pentafluorobenzylphosphonic acid (pFBPA) as an additive. a, Chemical structure of 2,3,4,5,6-pentafluorobenzylphosphonic acid (pFBPA). b, Open circuit voltage (Voc), fill factor (FF) c, pseudo-FF (pFF) and the series resistance near the maximum power point (Rs) for single-junction 0.1 cm2 perovskite solar cells on glass/ITO/2PACz substrates with varying pFBPA concentration in the perovskite precursor ink.  d, Depth profiles of F-, CF- and P- in finished cells with 5 mM pFBPA in the precursor, as measured by secondary ion mass spectroscopy (SIMS). e-f, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra of the Pb 4f core level (e) and the energy levels of the vacuum (Evac), conduction (Ec) and valence band (Ev) (f) of bare perovskite films with and without pFBPA. g, Non-radiative recombination loss (qVnon-rad) in half-finished perovskite cells on glass/ITO substrates extracted by steady-state photoluminescence quantum yield measurements. h, Scanning electron microscopy images of perovskite absorbers with and without pFBPA on glass/ITO/2PACz substrates viewed from the top side. The yellow arrow indicates the location of a pinhole as an example

Source: Deniz Turkay, Kerem Artuk, Xin-Yu Chin, Daniel Jacobs/ High-efficiency (>30%) monolithic perovskite-Si tandem solar cells with flat front-side wafers/ Research Square, June 2023/ DOI:10.21203/rs.3.rs-3015915/v1/ Open Access This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

新型砷化镓太阳能电池具有以下几个优点：该研究提出了一个路线图，通过优化称为“发射极”的器件层的掺杂和带隙来最大限度地减少缺陷对器件效率的影响，从而提高太阳能电池的性能 。 使用具有精心设计的发射极特性的异质结结构，有助于减少这些缺陷对效率的不利影响，即使没有采取任何措施来降低它们的浓度。 相对效率的提高平衡了缺陷集中度。 研究结果可应用于使用异质结的 III-V 族以外的材料，例如硅、碲化镉或钙钛矿。

尽管 III-V 异质结的实验演示仅限于少数几种组合，但异质结的优点众所周知。 该研究为未来异质结太阳能电池设计提供了路线图，这将使太阳能电池变得更便宜、更高效。

编委会