Tynde film til mere effektive solceller

Effektiviteten af ​​solceller kan øges af tyndfilmskontakter udviklet af forskere ved KAUST.

Forbedring af solcellers ydeevne kræver nøje gennemgang af alle aspekter af deres design. Først, dette betyder at forbedre den krystallinske kvalitet af det absorberende materiale for at maksimere omdannelsen af ​​fotoner til negativt ladede elektroner og positivt ladede huller. Næste, enhedens arkitektur skal optimeres for at sikre, at disse ladningsbærere kan bevæge sig effektivt gennem materialet. Endelig, de elektriske kontakter, der trækker bærerne fra enheden og ind i et eksternt kredsløb, skal perfektioneres.

Xinbo Yang og hans kolleger fra KAUST Solar Center og KAUST Core Lab, sammen med kolleger fra Australian National University, fokus på dette tredje trin ved at udvikle elektron-selektive tantal-nitrid tynd-film kontakter til silicium solceller.

Grænsefladen mellem en silicium- og en metalkontakt kan skabe en høj-modstandsbarriere, der forstyrrer strømmen. Derudover de metal-inducerede elektroniske tilstande ved overfladen af ​​silicium gør det muligt for ladningsbæreren at rekombinere, hvilket reducerer konverteringseffektiviteten. Traditionelt, høje omkostninger processer, såsom diffusion og kemisk-dampaflejring af yderligere lag blev vedtaget for at reducere kontaktmodstanden og bærerekombination.

Yang og holdet bekæmper disse problemer ved at placere tantalnitrid på silicium ved hjælp af en metode kendt som atomlagsdeponering:de gør dette ved at udsætte overfladen for en gas, hvilket får en tynd film af høj kvalitet til at opbygge et atom ad gangen.

"Elektron-selektive tantal-nitrid-kontakter kan samtidig reducere ladningsbærerens rekombination og kontaktmodstand, " forklarer Yang. "Dette kan forenkle kompleksiteten ved at fremstille enheden og sænke produktionsomkostningerne."

Ved eksperimentelt at undersøge de elektriske egenskaber af grænsefladen mellem tantalnitrid og silicium, forskerne viste, at tantalnitrid-mellemlaget var i stand til at reducere kontaktmodstanden mod strømmen af ​​elektroner fra silicium- og metalkontakter lavet af sølv eller aluminium. Men, det blokerede samtidig strømmen af ​​huller, reducere bærer-rekombinationen.

Holdet skabte en silicium solcelle, der brugte en elektron-selektiv tantal-nitrid-metal kontakt. De viste, at dette forbedrede effektkonverteringseffektiviteten - forholdet mellem elektrisk strøm ud og optisk strøm ind - med mere end 20 procent i forhold til en kontrolenhed bygget uden tantalnitrid. De fandt også ud af, at det forenklede enhedens fremstillingssekvens, og omkostninger, ved at eliminere doping- og kontaktåbningsprocesser.

"Vi undersøger også den potentielle anvendelse af tantalnitrid-elektrontransportlag til organiske og perovskit-solceller, " forklarer KAUST videnskabsmand og hovedforsker, Stefan De Wolf.