硅异质结太阳能电池中带尾态的成像

硅异质结（SHJ）太阳能电池代表了一种通向更高光伏效率与更低制造成本的有前景技术路线。尽管过去已对 SHJ 太阳能电池的器件物理进行了广泛研究，但诸如电荷载流子生成、复合、俘获与渗流等纳米尺度电子过程如何宏观上影响 SHJ 器件特性尚待充分理解。我们报道了在环境工作条件下对最先进 a-Si:H/c-Si 异质结太阳能电池原子尺度电流渗流的研究，揭示了电子 SHJ 界面过程的深刻复杂性。利用导电原子力显微镜（cAFM）表明，SHJ 太阳能电池的宏观电流–电压特性由与掺杂 a-Si:H 选择性接触带尾态相关的局域纳米尺度渗流路径平均值决定，从而导致高于硅带隙的开路电压（$V_{\mbox{OC}}$）高达1.2 V（$V_{\mbox{OC}}>e E_{\mbox{gap}}^{\mbox{Si}}$）。这并不违背光伏器件物理，而是源于陷阱辅助隧穿引起暗泄漏电流的纳米尺度电荷渗流路径性质的结果。我们表明，局域光电压的宽泛分布是 a-Si:H 悬挂键缺陷处随机俘获电荷的直接后果，其导致强烈的局域电势涨落并诱发暗电流的随机电报噪声。