2019年，約3%的全球電力需求由光伏發電產生的電力滿足，其中絕大多數來自晶體矽（c-Si）太陽能電池的貢獻。c-Si太陽能電池占整個光伏市場份額的95%，未來幾十年仍將是市場主流的光伏技術。然而，目前大多數c-Si太陽能電池的最大功率轉換效率（PCE）僅為23%左右，遠低於理論值29.4%。制約c-Si太陽能電池的PCE的主要因素是擴散電極發射極區域以及接觸金屬與矽晶片直接接觸，該接觸向矽-金屬界面引入高密度的活性電子態，導致光生電子和空穴的復合損失。因此，避免擴散的發射極區域和直接的金屬吸收體觸點（通常稱為鈍化觸點）的器件設計是進一步提高PCE的關鍵因素，而鈍化接觸技術的開發也迫在眉睫。通過晶體矽的鈍化接觸，有望突破重摻雜和直接金屬化對光電轉化效率的限制，提高c-Si太陽能電池效率。通常，在矽片和上覆金屬端子之間加入鈍化薄膜(氧化矽，SiOx；或氫化非晶矽，a-Si:H)，能減少接觸復合損失。盡管這些方法可以實現高效率（> 23.5%），但是仍然很難獲得同時兼具高導電性、出色的表面鈍化和高光學透明性的高透明鈍化觸點（TPC）。
為瞭應對這一挑戰，德國於利希IEK-5光伏研究中心的丁凱寧博士、Kaifu Qiu、Manuel Pomaska、Malte Köhler等人展示瞭一種獨特的TPC層設計，以同時實現出色的表面鈍化和高導電性。該TPC層由一個濕化學法生長的SiO2隧道薄層，兩個在不同溫度下熱-線化學氣相沉積（HWCVD）的氫化納米晶碳化矽層（nc-SiC:H(n)），以及一個濺射銦錫氧化物（ITO）層組成。基於該設計，丁博士及其同事組裝的太陽能電池原型在實驗室中實現瞭23.99±0.29%的高轉換效率，並經過哈默爾恩太陽能研究所(ISFH)的CalTeC獨立實驗室的認證。研究成果以“A silicon carbide-based highly transparent passivating contact for crystalline silicon solar cells approaching efficiencies of 24%”為題，於2021年4月15日發表在《Nature Energy》上。
文章亮點：1. 通過HWCVD方法生長的nc-SiC:H(n)層具有較寬的帶隙（2.7-3 eV），從而確保瞭高光學透明性；2. 引入nc-SiC:H(n)疊層的設計實現瞭良好的鈍化和高電導率，從而提高瞭太陽能電池的短路電流密度（40.87 mA cm
），填充系數（80.9%），PCE為23.99±0.29%（已認證）。3. 研究人員進一步探究瞭TPC的鈍化機理和工作原理，並在數值模擬的基礎上進行瞭損耗分析。仿真結果表明，使用TPC技術可以實現超過26%的效率。
值得一提的是，該研究中透明TPC層的設計為生產效率超過26%的矽太陽能電池鋪平瞭道路。尤利希工作組負責人丁凱寧博士表示：“到目前為止，沒有其他方法可以將鈍化、透明性和導電性這三個屬性以及我們的新設計結合在一起。”此外，丁博士還強調瞭該工作相對於其他研究方法的優勢：我們在制造過程中使用瞭可以相對快速地集成到批量生產中的低溫工藝，避免瞭額外的氫化或高溫後沉積退火步驟。通過這種策略，Jülich的科學傢無需太多努力，即可從實驗室發展到大規模生產工業太陽能電池。
參考文獻：Köhler, M., Pomaska, M., Procel, P. et al. A silicon carbide-based highly transparent passivating contact for crystalline silicon solar cells approaching efficiencies of 24%. Nat Energy (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00806-9來源：高分子科學前沿
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