Корейские ученые выявили два основных дефекта, ограничивающих эффективность кремниевых солнечных элементов

Исследователи из Кореи обнаружили, что эффективность солнечных элементов на основе кремния с гетеропереходом (SHJ), признанных самой продуктивной кремниевой технологией на сегодняшний день, снижается из-за двух разных типов дефектов.

Эти уникальные результаты были получены совместной командой Института энергетических исследований Кореи (KIER, Тэджон) и Университета Чхунбук (Чонгжу).

Руководители исследования — доктор философии Хи-Ын Сон (отдел фотогальваники KIER) и профессор физики Ка-Хюн Ким (Чунбукский национальный университет). Они предложили новый метод повышения производительности SHJ-солнечных элементов.

SHJ-ячейки объединяют кристаллический кремний с тонкими аморфными слоями кремния. Их активно применяют в современных тандемных архитектурах, где несколько типов солнечных элементов соединяются для преодоления ограничений обычного кремния.

Однако микроскопические дефекты по-прежнему препятствуют полной эффективности, улавливая носители заряда. Хотя пассивирующие покрытия подавляют часть этих дефектов, традиционные методы не позволяли полностью отслеживать их поведение.

Выявление критических дефектов

Ранее для анализа дефектов в кремниевых устройствах использовалась техника Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS), которая фиксирует, как прибор возвращается в равновесное состояние после электрического импульса. Из-за того, что этот процесс занимает миллисекунды, традиционные подходы фиксировали лишь два момента: сразу после импульса и после полного восстановления.

Для SHJ-ячейки такой метод оказался недостаточным: многоуровневая структура с интерфейсами и зонами с высоким содержанием водорода создает несколько видов дефектов одновременно.

Корейские ученые усовершенствовали DLTS, создав метод анализа полной переходной характеристики. Это позволило увидеть, что считавшийся ранее единым дефектом сигнал на самом деле состоит из двух независимых типов дефектов:

1. Медленный, глубокий уровень.

2. Быстрый, поверхностный уровень.

Анализ каждого компонента отдельно позволил определить их энергетические уровни, локализацию в устройстве и атомную структуру.

Ученые отметили, что дефекты могут менять конфигурацию связей в зависимости от условий производства и эксплуатации. Водород играет ключевую роль в этих процессах.

«Наше исследование дает фундаментальное понимание связи между дефектами и пассивацией», — заявил профессор Ким. — «Разработанный метод можно применять не только для солнечных элементов, но и для других полупроводниковых устройств: сенсоров, светодиодов и CMOS».

Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials и открывают путь к созданию высокоэффективных SHJ-элементов и мирового уровня тандемных солнечных технологий с использованием собственных разработок KIER.