De efficiëntie van zonnecellen kan worden verhoogd door dunnefilmcontacten die zijn ontwikkeld door onderzoekers van KAUST.

Om de prestaties van zonnecellen te verbeteren, moet elk aspect van hun ontwerp onder de loep worden genomen. Eerst, dit betekent het verbeteren van de kristallijne kwaliteit van het absorberende materiaal om de omzetting van fotonen in negatief geladen elektronen en positief geladen gaten te maximaliseren. Volgende, de architectuur van het apparaat moet worden geoptimaliseerd om ervoor te zorgen dat deze ladingsdragers efficiënt door het materiaal kunnen bewegen. Eindelijk, de elektrische contacten die de dragers uit het apparaat en in een extern circuit halen, moeten worden geperfectioneerd.

Xinbo Yang en zijn collega's van het KAUST Solar Center en het KAUST Core Lab, samen met collega's van de Australian National University, focus op deze derde stap door elektronenselectieve tantaal-nitride dunnefilmcontacten voor siliciumzonnecellen te ontwikkelen.

De interface tussen een silicium- en een metalen contact kan een barrière met hoge weerstand creëren die de stroomstroom verstoort. Aanvullend, de door metaal geïnduceerde elektronische toestanden aan het oppervlak van silicium zorgen ervoor dat de ladingsdrager kan recombineren, wat de conversie-efficiëntie vermindert. traditioneel, dure processen, zoals diffusie en chemische dampafzetting van extra lagen werden toegepast om de contactweerstand en recombinatie van dragers te verminderen.

Yang en het team bestrijden deze problemen door tantaalnitride op silicium te plaatsen met behulp van een methode die bekend staat als atoomlaagafzetting:ze doen dit door het oppervlak bloot te stellen aan een gas, waardoor een hoogwaardige dunne film één atoom tegelijk opbouwt.

"Elektronenselectieve tantaal-nitride-contacten kunnen tegelijkertijd de recombinatie van de ladingsdrager en de contactweerstand verminderen, " legt Yang uit. "Dit kan de complexiteit van het fabriceren van het apparaat vereenvoudigen en de productiekosten verlagen."

Door experimenteel de elektrische eigenschappen van het tantaalnitride-silicium-interface te onderzoeken, de onderzoekers toonden aan dat de tussenlaag van tantaalnitride de contactweerstand tegen de stroom van elektronen uit silicium en metalen contacten van zilver of aluminium kon verminderen. Maar, het blokkeerde tegelijkertijd de stroom van gaten, het verminderen van de dragerrecombinatie.

Het team creëerde een siliciumzonnecel die een elektron-selectief tantaal-nitride-metaalcontact gebruikte. Ze toonden aan dat dit de efficiëntie van de stroomconversie - de verhouding tussen elektrisch vermogen en optisch vermogen - met meer dan 20 procent verbeterde ten opzichte van een controleapparaat dat zonder het tantaalnitride was gebouwd. Ze ontdekten ook dat het de fabricagevolgorde van het apparaat vereenvoudigde, en kosten, door doping en contactopeningsprocessen te elimineren.

"We onderzoeken ook de mogelijke toepassing van tantaalnitride-elektronentransportlagen voor organische en perovskietzonnecellen, " leg KAUST-wetenschapper en hoofdonderzoeker uit, Stefan de Wolf.