Корейські вчені виявили два основні дефекти, що обмежують ефективність кремнієвих сонячних елементів

Дослідники з Кореї виявили, що ефективність сонячних елементів на основі кремнію з гетеропереходом (SHJ), визнаних найпродуктивнішою кремнієвою технологією на сьогоднішній день, знижується через два різні типи дефектів.

Ці унікальні результати було отримано спільною командою Інституту енергетичних досліджень Кореї (KIER, Теджон) та Університету Чхунбук (Чонгжу).

Керівники дослідження – доктор філософії Хі-Ин Сон (відділ фотогальваніки KIER) та професор фізики Ка-Хюн Кім (Чунбуцький національний університет). Вони запропонували новий метод підвищення продуктивності SHJ-сонячних елементів.

SHJ-осередки поєднують кристалічний кремній з тонкими аморфними шарами кремнію. Їх активно застосовують у сучасних тандемних архітектурах, де кілька типів сонячних елементів поєднуються для подолання обмежень звичайного кремнію.

Однак мікроскопічні дефекти, як і раніше, перешкоджають повній ефективності, вловлюючи носії заряду. Хоча пасивні покриття пригнічують частину цих дефектів, традиційні методи не дозволяли повністю відстежувати їхню поведінку.

Виявлення критичних дефектів

Раніше для аналізу дефектів у кремнієвих пристроях використовувалася техніка Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS), яка фіксує, як пристрій повертається в рівноважний стан після електричного імпульсу. Через те, що цей процес займає мілісекунди, традиційні підходи фіксували лише два моменти: відразу після імпульсу та після повного відновлення.

Для SHJ-комірки такий метод виявився недостатнім: багаторівнева структура з інтерфейсами та зонами з високим вмістом водню створює кілька видів дефектів одночасно.

Корейські вчені удосконалили DLTS, створивши метод аналізу повної перехідної характеристики. Це дозволило побачити, що сигнал, що вважався раніше єдиним дефектом, насправді складається з двох незалежних типів дефектів:

1. Повільний, глибокий рівень.

2. Швидкий поверхневий рівень.

Аналіз кожного компонента окремо дозволив визначити їх енергетичні рівні, локалізацію у пристрої та атомну структуру.

Вчені зазначили, що дефекти можуть змінювати конфігурацію зв'язків залежно від умов виробництва та експлуатації. Водень відіграє ключову роль у цих процесах.

"Наше дослідження дає фундаментальне розуміння зв'язку між дефектами і пасивацією", - заявив професор Кім. — «Розроблений метод можна використовувати не тільки для сонячних елементів, але й для інших напівпровідникових пристроїв: сенсорів, світлодіодів та CMOS».

Результати опубліковані у журналі Передові функціональні матеріали та відкривають шлях до створення високоефективних SHJ-елементів та світового рівня тандемних сонячних технологій з використанням власних розробок KIER.