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晶体学取向与纳米级表面形貌对硅太阳能电池中多晶硅/氧化硅接触的影响

DOI：10.1021/acsami.9b11889 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 高效晶体硅（Si）太阳能电池需要纹理化表面以实现高效光捕获。然而，对纹理表面进行钝化以减少载流子复合具有挑战性。本研究将KOH蚀刻形成的随机金字塔纹理硅表面所制电池的电学特性，与钝化接触的纳米结构及纹理表面形貌相关联。我们探究了微观金字塔形貌与纳米级表面粗糙度对钝化接触的影响——该钝化接触由沉积在超?。?.5-2.2纳米）SiOx层上的多晶硅（poly-Si）构成。原子力显微镜显示，以Si(111)晶面为主的金字塔面比抛光Si(111)表面粗糙度显著更高。透射电镜（TEM）对poly-Si/SiOx接触的分析表明，这种粗糙度导致SiOx层分布不均匀。器件测量结果同时显示，与抛光Si(111)表面相比，金字塔表面的SiOx层整体电阻更高（即厚度更大），这与粗糙度增加相关。通过电子束诱导电流测量poly-Si/SiOx接触发现，金字塔谷底的SiOx层导电性更强（因此可能更薄），而金字塔尖端、边缘及侧面的SiOx层则相反。因此，微观金字塔形貌与纳米级粗糙度共同导致SiOx层分布不均，进而造成poly-Si/SiOx接触钝化效果不佳。最终我们报道了在单面/双面纹理硅片上制备的前/后poly-Si/SiOx太阳能电池效率超过21%、填充因子≥80%，且无需透明导电氧化物层，并证明纹理表面的接触钝化不良仅限于硼掺杂poly-Si/SiOx接触。
作者： Abhijit S. Kale，William Nemeth，Harvey L. Guthrey，Sanjini U. Nanayakkara，Vincenzo LaSalvia，San Theingi，Dawn Findley，Matthew Page，Mowafak M. Al-Jassim，David Young，Paul Stradins，Sumit Agarwal
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究晶体取向和纳米级表面形貌对硅太阳能电池中多晶硅/氧化硅接触的影响。

研究成果

研究表明，多晶硅/氧化硅接触在纹理化表面上钝化效果较差的原因在于氧化硅层的纳米级粗糙度与不均匀性，而非金字塔表面的硅(111)晶向。该效应在硼掺杂接触中更为显著。研究指出，通过控制表面形貌可调控氧化硅层中的针孔形成过程，从而有望改善接触钝化效果。

研究不足

该研究仅限于纹理化和抛光硅表面上的硼掺杂与磷掺杂多晶硅/氧化硅接触。研究结果可能不直接适用于其他掺杂类型或接触材料。

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