Sefydliad Shanghai yn Gwella Effeithlonrwydd Trosi Silicon Heterojunction Celloedd Solar

Yn ddiweddar, darganfuwyd tîm Liu Zhengxin o Ganolfan Technoleg Ynni Newydd Labordy Technoleg Microsystem Allweddol Sefydliad Microsystemau Shanghai yn y ffilm denau silicon amorffaidd doped (a-Si:H) o heterojunction silicon amorffaidd / silicon crisialog (SHJ) solar celloedd. Effaith Anomalaidd Staebler-Wronski, a phrofodd mai'r effaith afreolaidd yw hanfod ffisegol defnyddio chwistrelliad ysgafn i wella effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol celloedd solar SHJ. Cyhoeddwyd y canlyniad ar 13 Mai, 2022 yn Nature Energy (https://doi.org/10.1038/s41560- 022-01018-5, ffactor effaith 60.868).

Darganfuwyd golau gyntaf yn y labordy yn 1977 gan beiriannydd trydanol Americanaidd David L. Staebler a bydd peiriannydd trydanol Penn State ac athro emeritws Christopher R. Wronski yn lleihau dargludedd tywyll ffilmiau tenau a-Si:H, enwyd y ffenomen hon yn ddiweddarach "Staebler -Effaith Wronski", achosodd y ffenomen hon drafferth mawr i ddibynadwyedd dyfeisiau optoelectroneg silicon amorffaidd, ac effeithiodd hefyd ar ddatblygiad silicon amorffaidd a defnydd o gelloedd solar ffilm tenau.

Ym maes silicon amorffaidd, credir mai prif ffurf atomau H mewn ffilmiau tenau yw bondiau cofalent Si-H. Yn 2020, yn seiliedig ar nifer fawr o ddata arbrofol, mae Liu Wenzhu et al. Canfuwyd nad yw'r model strwythurol uchod yn barhaol. Wedi'i gyfuno â FTIR, SIMS, TA, Sinton Lifetime Tester, Keithley a DFT a dulliau technegol eraill, profir bod llawer iawn o gyffuriau a-Si:H yn yr atomau pontio H gwan gyda dwysedd mor uchel â 1021 Bydd cm-3 neu fwy yn "gwenwyno" effeithlonrwydd dopio atomau B a P yn y rhwydwaith a-Si:H. Pan ddefnyddir arbelydru ysgafn (chwistrelliad optegol) neu faes trydan cymhwysol (chwistrelliad trydanol) i roi quanta egni sy'n fwy na 0.88 eV, mae'r atomau H gwan hyn yn ennill digon o egni ac yn tryledu neu'n neidio yn y dellt, gan ail-greu atomau B, P, B. Mae dargludedd tywyll y ffilm math-p doped a-Si:H yn cynyddu'n sylweddol, sy'n perthyn i'r "effaith annormal Staebler-Wronski" amlwg (Ffig. a). Ar ôl i'r goleuo gael ei dynnu, dadfeiliodd y dargludedd tywyll yn raddol i'r gwerth cychwynnol cyn goleuo (Ffig. b). Canfuom y gellir disgrifio ymddygiad pydredd y dargludedd tywyll hwn fel cyfuniad o bydredd Debye a dadfeiliad Williams-Watts, y cyntaf yn cynrychioli trylediad rhydd o atomau H a'r olaf yn cynrychioli atomau H yn hercian rhwng bondiau cemegol (Ffigur c). Trwy gymharu paramedrau perfformiad celloedd solar ymhellach, canfuom y gall yr "effaith annormal Staebler-Wronski" ddisgrifio'n feintiol celloedd solar SHJ gan ddefnyddio chwistrelliad ysgafn i wella effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol a phydredd cyflwr tywyll. Gyda chymorth y broses chwistrellu ysgafn o arbelydru golau cryf o 60 gwaith y golau haul safonol, cafwyd effeithlonrwydd trosi uchel o fwy na 25 y cant ar y celloedd solar SHJ ar raddfa fawr a gynhyrchwyd yn ddiwydiannol (Ffig. d, e; trydydd parti ardystiad annibynnol yn yr Almaen a Tsieina).

Canfu ymchwil pellach y gellir cynyddu dargludedd tywyll P-doped n-math a-Si:H fwy na 100 gwaith o dan olau'r haul. Felly, gellir defnyddio'r "effaith annormal Staebler-Wronski" i astudio ymhellach y mecanwaith ffisegol a thechnoleg broses i wella effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol celloedd solar SHJ.