作者展示了多晶硅TRL的鈣鈦礦/TOPCon TSC的結構圖,HR-TEM和EDS圖探索了多晶硅(p+)/多晶硅(n+)疊層的成分和晶體結構,表明了高質量鈣鈦礦薄膜晶硅襯底特性,多晶硅薄膜具有較高的結晶度,厚度約31nm。然后研究了具有多晶硅TRL的鈣鈦礦/TOPCon TSC的光伏性能,采用多晶硅 TRL的TSC表現出較高的PCE,為29.2%,開路電壓(Voc)為1.83?V,Jsc為19.7?mA?cm?2,填充因子(FF)為81.0%。本研究顯示的29.2%的效率是迄今為止鈣鈦礦/TOPCon TSC 的最高效率之一。作者還研究了相關器件的長期穩定性,采用多晶硅TRL的簡單封裝TSC表現出良好的長期前景穩定性,500 小時后仍保留其初始 PCE 的 85%。
圖 微觀和光伏特性
為了評估多晶硅(p+)/多晶硅(n+) 隧道結(TJ)的性能,進行了電化學電容電壓(ECV)和二次離子質譜(SIMS)測量,以量化活化雜質和摻雜雜質,結果表明多晶硅(p+)/多晶硅(n+)層內的活化/摻雜雜質濃度保持相對較高,并在多晶硅層處顯示出清晰的摻雜邊界,表明摻雜劑補償和相互擴散有限。TJ能帶圖的測量證實了高效TJ的形成。作者接著評估了多晶硅(p+)/多晶硅(n+)TJ的質量,表明著在多晶硅(n+)層頂部引入額外的多晶硅(p+)層不會降低樣品的鈍化質量。電性能的表征表明,引入多晶硅(p+)/多晶硅(n+)TJ不會對TOPCon SC的性能產生不利影響。
作者通過第一原理DFT模擬研究了MeO-2PACz在IZO和SiO2基多晶硅基板上的吸附能力,結果表明MeO-2PACz在SiO2基上具有更強的吸附能力。基于多晶硅襯底,進一步計算了晶體軌道漢密爾頓布居(COHP)來表示化學鍵的強度,表明MeO-2PACz吸附在SiO2的多晶硅基板上時形成更穩定和更強的化學物質。
接著,作者通過KPFM、UPS等檢查了與能帶結構和電荷載流子傳輸/提取行為相關的電特性。穩態光致發光(PL)和時間分辨PL(trPL)測量被用于證實多晶硅(p+)對頂部鈣鈦礦子電池的有益影響。為了更深入地了解電荷復合動力學,作者進行了超快瞬態吸收(fs-TA)表征。研究結果表明空穴的提取被促進并有效抑制了鈣鈦礦/HTL 界面處的非輻射復合,可以推斷基于多晶硅TRL的TSC的Voc和PCE的改善主要歸因于基于鈣鈦礦的頂部子電池。基于多晶硅 TRL的TSC中觀察到載流子傳輸和提取得到改善,這是推動基于多晶硅 TRL 的 TSC 的 Voc 和 PCE 增強的主要因素。
最后,作者通過使用Silvaco TCAD 軟件中的有限元方法進行器件仿真研究了具有多晶硅TRL的鈣鈦礦/TOPCon TSC 的載流子傳輸和隧道機制。研究結果表明載流子可能通過陷阱輔助隧道效應(TAT)而不是帶間隧道效應(BBT)進行重組,載流子傳輸以BBT為主。作者還展示了多晶硅(p+)和多晶硅(n+)的摻雜濃度對器件性能的影響,結果表明,當摻雜濃度較低時,載流子隧道效應對主要由TAT主導的缺陷濃度敏感,導致FF和效率較低。相反,當摻雜濃度較高時,載流子隧穿主要由BBT主導,與缺陷濃度基本無關,從而導致較高的FF和效率。