由扩散阻挡层实现的单片薄膜硫属化物-硅叠层太阳能电池
材料科学
2020-10-20 v1 应用物理
摘要
继单片集成钙钛矿/硅叠层太阳能电池近期取得成功之后，寻找具有完全地球丰度、稳定且高效叠层太阳能电池前景的替代性宽禁带顶电池材料引起了极大兴趣。薄膜硫属化物（TFCs）如 Cu2ZnSnS4（CZTS）可能是合适的顶电池材料。然而，TFCs 的缺点是合成过程中通常至少需要一个高温步骤（>500 C），这可能污染硅底电池。在此，我们系统研究了 CZTS 在硅底太阳能电池上的单片集成。采用热 resilient 双面隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）结构作为底电池。顶电池与底电池之间一层薄（<25 nm）TiN 层兼作扩散阻挡层与复合层。我们表明 TiN 成功缓解了高温硫化过程中 CZTS 元素向 c-Si 体内的内扩散，并且在仅由 10 nm TiN 保护的样品中未发现电活性深硅体缺陷的证据。硅中处理后少数载流子寿命超过 1.5 μs，即高温硫化后隐含开路电压（i-Voc）达 715 mV，颇具前景。基于这些结果，我们展示了首个概念验证的两端 CZTS/硅叠层器件，效率为 1.1%，Voc 为 900 mV。本研究的一般意义在于，使用高温步骤在硅上生长复杂半导体在技术上是可行的，并可能导向高效的单片集成两端叠层太阳能电池。
引用
@article{arxiv.2010.09299,
title = {Monolithic thin-film chalcogenide-silicon tandem solar cells enabled by a diffusion barrier},
author = {Alireza Hajijafarassar and Filipe Martinho and Fredrik Stulen and Sigbjørn Grini and Simón López-Mariño and Moises Espíndola-Rodríguez and Max Döbeli and Stela Canulescu and Eugen Stamate and Mungunshagai Gansukh and Sara Engberg and Andrea Crovetto and Lasse Vines and Jørgen Schou and Ole Hansen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.09299},
year = {2020}
}