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　　SHJ電池是在晶硅兩側(cè)表面依次沉積本征非晶硅和摻雜非晶硅形成的一種可雙面入光發(fā)電的太陽(yáng)能電池(圖1A)，其結(jié)構(gòu)中的非晶硅薄膜一方面可以鈍化晶硅表面懸掛鍵，從而確保光生載流子的有效傳輸與抽??；另一方面，非晶硅薄膜較大的帶隙也促使該類電池具有顯著的高開(kāi)路電壓和高光電轉(zhuǎn)換效率(理論極限效率為29.4%)，被認(rèn)為是具有產(chǎn)業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)力的光伏技術(shù)之一。然而，實(shí)際制備的SHJ電池效率與理論極限效率仍存在較大差距，影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。因此，尋找制約SHJ電池效率提升的根本原因成為領(lǐng)域迫切需要解決的核心問(wèn)題。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以產(chǎn)業(yè)化SHJ電池(M2基片，面積244.5 cm2)為研究對(duì)象，采用電子顯微學(xué)觀察、理論計(jì)算、器件物理分析相結(jié)合的方式，模擬產(chǎn)業(yè)化工藝步驟參數(shù)，離位/原位觀察并確定了界面處的原子結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。在c-Si{111}/a-Si:H電池界面處，不僅觀察到常規(guī)外延生長(zhǎng)現(xiàn)象，更重要的是在外延層中發(fā)現(xiàn)了“嵌入式納米孿晶”(圖1B)；進(jìn)一步理論計(jì)算及器件物理性能分析表明，該缺陷扮演了深能級(jí)復(fù)合陷阱的角色(圖1C、圖1D)，能引起光生載流子的SRH(Shockley-Read-Hall)復(fù)合效應(yīng)，進(jìn)而降低器件的少子壽命，限制了SHJ電池的轉(zhuǎn)換效率。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了過(guò)去40多年SHJ電池研究總結(jié)的一個(gè)共識(shí)觀點(diǎn)，即影響SHJ電池效率的是界面處存在的Si-懸掛鍵點(diǎn)缺陷，也解釋了氫鈍化工藝改進(jìn)為何難以進(jìn)一步提升電池性能。同時(shí)，基于“嵌入式納米孿晶”缺陷的形核-生長(zhǎng)-終止乃至對(duì)稱性的反轉(zhuǎn)規(guī)律，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還闡釋了產(chǎn)生“納米孿晶缺陷”缺陷的誘導(dǎo)因素和作用機(jī)制，提出了超薄抑制鈍化層等系統(tǒng)器件工藝，制備的SHJ電池測(cè)試結(jié)果表明，工藝改進(jìn)后界面缺陷密度明顯降低(圖1E)、電池光電轉(zhuǎn)換效率得到提升(圖1F)。
 

　　項(xiàng)目研究成果對(duì)SHJ電池乃至其他種類硅異質(zhì)結(jié)電池具有參考價(jià)值，為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和穩(wěn)健發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。
 

　　圖1  硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)太陽(yáng)能電池中晶硅/非晶硅界面研究。(A)硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；(B)嵌入式納米孿晶缺陷的原子分辨顯微結(jié)構(gòu)；缺陷態(tài)的電荷分布(C)和能帶結(jié)構(gòu)(D)；工藝改進(jìn)前后界面缺陷密度(E)與電池光電轉(zhuǎn)換效率(F)的情況對(duì)比