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硅太阳能电池中空穴选择性氧化钼接触的透射电子显微镜与电子能量损失谱研究

DOI：10.1021/acsami.9b12703 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 本研究通过透射电子显微镜（TEM）与空间分辨电子能量损失谱（SR-EELS）联用技术，探究了晶体硅（c-Si）太阳能电池中亚化学计量比空穴选择性氧化钼（MoOx）接触层。观测发现：在MoOx蒸镀于c-Si衬底过程中，MoOx/c-Si界面会生长约4纳米厚的SiOx中间层。SR-EELS分析显示，无论是初始沉积态还是退火样品，均存在1.5纳米厚的MoOx/ITO（氧化铟锡）扩散界面层。此外，初始沉积态SiOx/MoOx界面处检测到1纳米厚的低氧化态Mo薄层，该层在退火后消失。总体表明：退火过程中MoOx/ITO界面未形成空穴阻挡中间层，且MoOx层会发生均匀化。器件模拟进一步揭示，高效空穴收集依赖于MoOx功函数，而MoOx功函数降低会导致能带弯曲消失并损害空穴选择性。
作者： Haider Ali，Céline Maynau，Luc Lajaunie，Geoffrey Gregory，Lijun Wu，John Patrick Looney，Yimei Zhu，Matthew Schneider，Winston V. Schoenfeld，Kristopher O. Davis
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究具有MoOx前接触的硅太阳能电池在退火过程中器件性能退化的因素。

研究成果

本研究通过高分辨透射电镜（HRTEM）与扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱（SR-EELS）联用技术对空穴选择性MoOx接触层进行了分析。结果表明：退火处理后MoOx/ITO界面未形成空穴阻挡中间层，排除了该因素导致性能退化的可能性。HRTEM与SR-EELS观测显示，沉积态与退火样品的主要差异在于退火使MoOx薄膜趋于均匀化。沉积态时MoOx/SiOx界面存在轻微还原的MoOx中间层，该层在退火后消失。通过器件模拟研究了该中间层功函数及体相MoOx功函数的作用机制，发现只要中间层功函数大于或等于c-Si的导带底Ev，体相MoOx功函数最终将决定能带弯曲程度，从而主导这些接触层的空穴选择性。

研究不足

通过SR-EELS分析研究这些材料较为复杂。三氧化钼及亚化学计量比三氧化钼易受电子束损伤，钼M2,3边的信噪比较低使得此类研究具有挑战性，且氧化钼的EELS边解析并非直截了当。

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