太陽(yáng)能光伏發(fā)電是推動(dòng)“碳達(dá)峰，碳中和”的重要力量。以非晶硅和晶體硅（a-Si:H/c-Si）構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)（SHJ）太陽(yáng)能電池近年來(lái)不斷取得進(jìn)展。然而，SHJ電池中的a-Si:H薄膜會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的寄生光吸收，并且設(shè)備和工藝成本較高。采用寬帶隙過(guò)渡金屬氧化物（TMO）替代a-Si:H在減少寄生光吸收、提升光電流，以及降低成本等方面具有重要潛力。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院基礎(chǔ)交叉研究中心研究員李東棟團(tuán)隊(duì)，在a-Si:H/c-Si異質(zhì)結(jié)電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和TMO/c-Si異質(zhì)結(jié)電池的前瞻研究等方面開(kāi)展了深入研究。前期研究中已發(fā)現(xiàn)電池中界面的演變，并針對(duì)效率和穩(wěn)定性的提升提出一系列改良方案 (ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 28415；Solar RRL, 2021, 5, 2100169；Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004367；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 36778；Solar RRL, 2019, 3, 1900274)。

近期該團(tuán)隊(duì)針對(duì)TMO/c-Si異質(zhì)結(jié)電池空穴傳輸層，提出了提升載流子選擇性的新策略。相關(guān)研究成果以NiOx/MoOx Bilayer as an Efficient Hole-Selective Contact in Crystalline Silicon Solar Cells為題，發(fā)表在Cell Reports Physical Science上。

該工作使用NiOx/MoOx疊層結(jié)構(gòu)作為c-Si電池的空穴傳輸層，有效提高了空穴載流子的選擇性。一方面，高功函數(shù)的MoOx使c-Si表面的能帶向上彎曲，促進(jìn)空穴載流子的有效提?。涣硪环矫?，NiOx與c-Si較大的導(dǎo)帶偏移進(jìn)一步阻擋電子傳輸。得益于此，采用NiOx/MoOx疊層結(jié)構(gòu)的c-Si太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了21.31%的效率。此外，通過(guò)UV/O3處理在硅表面形成超薄的SiOx，可進(jìn)一步提高空穴提取能力，效率提升至21.60%。這是迄今為止，以MoOx作為空穴選擇性傳輸層且未使用a-Si:H薄膜的c-Si太陽(yáng)電池中所報(bào)道的最高效率。

研究工作得到中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究人員的幫助，以及國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、山西省科技廳等的支持。
圖1.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)以及電子和空穴濃度分布
圖2.NiOx/MoOx/SiOx/c-Si界面的微觀結(jié)構(gòu)及元素分布

圖3.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的電流密度-電壓（J-V）曲線