荷蘭研究機構AMOLF和德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE) 的研究人員開發出了一種隧道氧化物鈍化接觸 (TOPCon) 太陽能電池,該電池利用銀納米線 (Ag NW) 網格作為透明電極。
由于其光電和機械特性,銀納米線網絡被認為是電池電極氧化銦錫 (ITO) 的有效替代品。該研究的主要作者Esther Alarcon Llado 告訴《光伏》雜志:“我們堅信這些線在薄膜太陽能電池中特別有用,因為光捕獲更具挑戰性,載流子擴散長度更短。” “TOPCon 電池是一個探測網格透明度的平臺。由于發射極的少數載流子擴散長度較長,這種電池類型非常適合用作電活性探測器。”
研究團隊利用兩種可擴展且低成本的技術——納米壓印光刻和室溫光驅動電化學沉積,在太陽能電池上生長出銀納米線網格。后者已普遍用于制造太陽能電池的背面電極,而前者通常用于光子器件和大面積顯示器的工業制造。
科學家們用厚度為 300 μm 的雙面晶體硅晶片制作了該裝置,薄氧化層在 600 C 下生長,并通過低壓化學氣相沉積 (LPCVD) 沉積在兩面。他們還分別在正面和背面摻雜了磷 (P) 和氟化硼 (BF),并放置了一個通過熱蒸發在背面形成銀背接觸。
研究人員通過研究外部量子效率 (EQE) 來評估電池和 Ag NW 網格的性能,EQE 是太陽能電池收集的電子數量與擊中它的光子數量之比。它定義了太陽能電池將光子轉換為電流的程度。在傳統太陽能電池中,最大 EQE 為 100%,代表從陽光中吸收的每個光子產生和收集一個電子。
分析顯示,通過添加銀納米線網格,器件的外量子效率 (EQE) 得到改善,學者們表示,這是網格本身的衍射增加了光路長度的結果。這是金屬納米結構首次在太陽能電池中提供光子增益,這為設計下一代光學和電活性層帶來了希望,”他們解釋說。
“我們只是比較了導線和性能相似的 ITO 的原材料成本,”Alarcon Llado 在談到網格生產成本時表示。“我們相信,導線可以通過使用保形光刻和電沉積以可擴展的方式制造,這兩種技術都已實現工業化。”她還表示,擬議的 Ag NW 網格也可以用于鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池的底部電池,因為它們可以增加光程長度。
《太陽能材料與太陽能電池》雜志發表的一項研究“利用金屬納米線網格前電極增強硅太陽能電池的近紅外光捕獲”討論了這種新穎的制造技術。