【產(chǎn)通社，10月31日訊】復(fù)旦大學(xué)（Fudan University）官網(wǎng)消息，其信息科學(xué)與工程學(xué)院光科學(xué)與工程系陸明教授課題組博士生王亮興等人利用黑硅材料制備出了高效的太陽能電池。9月19日，相關(guān)學(xué)術(shù)論文“A porous Si emitter crystalline-Si solar cell with 18.97% efficiency”在《納米技術(shù)》（Nanotechnology）上發(fā)表，同時該文入選《納米技術(shù)選集》（Nanotechnology Select Collection）。陸明教授代表課題組接受了《納米技術(shù)》（Nanotechnology）的專訪，采訪內(nèi)容以“Simple silicon etch has multiple photovoltaic benefits”為題在線發(fā)表于該期刊官方網(wǎng)站。復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光科學(xué)與工程系博士生周智全和郝洪辰分別為文章的第二和第三作者。

目前，晶體硅電池在太陽電池中占比約90%，在太陽能發(fā)電應(yīng)用市場占據(jù)主導(dǎo)地位，且未來幾十年仍將保持這種趨勢。電池效率的提升，依賴于電池表面反射率的降低和對太陽光的充分利用。常規(guī)多晶硅電池主要通過采用酸制絨形成蠕蟲狀的坑洞來降低反射率；而單晶硅電池則采用堿制絨，形成金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。傳統(tǒng)的絨面和減反射膜的制備工藝成本高，尤其是在短波長和長波的近紅外區(qū)域的減反射效果比較差。如何降低太陽能電池的制作成本，提高其電池效率成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界一直關(guān)注的問題。

陸明教授課題組創(chuàng)新性地提出了一種提高電池效率的新方法。這種方法采用黑硅材料，制備的電池效率突破國際上同類結(jié)構(gòu)電池的最高水平，達(dá)到18.97%。課題組通過在p型單晶Si（100）上擴(kuò)散磷制備pn結(jié)，利用化學(xué)刻蝕方法在n型發(fā)射極中形成多孔黑硅，其紫外可見光范圍反射率低于0.3%。黑硅由Si納米晶組成，其中黑硅表面由SiO2鈍化，背面由Al2O3鈍化，頂電極用ITO，背電極用Al，從而構(gòu)筑出太陽電池。與平面晶硅電池相比，這種黑硅電池具有寬譜特性，其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.97%。由于硅納米晶帶隙高于晶硅，因此該黑硅電池的開路電壓高于相應(yīng)的平面硅電池，而且，發(fā)射極的梯度帶隙結(jié)構(gòu)抑制了前表面電子和空穴的復(fù)合。另外，由于短波長范圍吸收度高，短波長處的光伏響應(yīng)也較好。因為采用了背面場效應(yīng)鈍化，抑制了背面區(qū)域長波長光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴的復(fù)合，使得長波長處的光伏響應(yīng)顯著提升。未來可通過提升開路電壓和增強(qiáng)填充因子，進(jìn)一步提升該黑硅電池的效率。

與其它黑硅電池的制備方法相比，這種黑硅的制造方法簡單，且在很寬的波長范圍內(nèi)的反射更低（小于0.3%），在短波長范圍內(nèi)的量子效率很高，說明表面復(fù)合較小。制造這種黑硅太陽電池?zé)o需增加任何設(shè)備，比傳統(tǒng)絨面加減反射膜的工藝簡單、成本更低、效果更好。如《納米科技》的報道所言，這是“一種簡單的且與工業(yè)上硅太陽電池制備工藝兼容的制備方法。該方法同時減少了載流子的復(fù)合，提高硅太陽能電池的光吸收，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.97%”。

該研究獲得了國家科技部973項目和國家自然科學(xué)基金的支持。查詢進(jìn)一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.fudan.edu.cn/。    （完）