太陽能光伏發電是推動“碳達峰，碳中和”的重要力量。以非晶硅和晶體硅（a-Si:H/c-Si）構建的異質結（SHJ）太陽能電池近年來不斷取得進展。然而，SHJ電池中的a-Si:H薄膜會帶來較嚴重的寄生光吸收，并且設備和工藝成本較高。采用寬帶隙過渡金屬氧化物（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，中國科學院上海高等研究院基礎交叉研究中心研究員李東棟團隊，在a-Si:H/c-Si異質結電池的產業化技術和TMO/c-Si異質結電池的前瞻研究等方面開展了深入研究。前期研究中已發現電池中界面的演變，并針對效率和穩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)。

近期該團隊針對TMO/c-Si異質結電池空穴傳輸層，提出了提升載流子選擇性的新策略。相關研究成果以NiOx/MoOx Bilayer as an Efficient Hole-Selective Contact in Crystalline Silicon Solar Cells為題，發表在Cell Reports Physical Science上。

該工作使用NiOx/MoOx疊層結構作為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，高功函數的MoOx使c-Si表面的能帶向上彎曲，促進空穴載流子的有效提取；另一方面，NiOx與c-Si較大的導帶偏移進一步阻擋電子傳輸。得益于此，采用NiOx/MoOx疊層結構的c-Si太陽能電池實現了21.31%的效率。此外，通過UV/O3處理在硅表面形成超薄的SiOx，可進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太陽電池中所報道的最高效率。

研究工作得到中科院上海微系統與信息技術研究所研究人員的幫助，以及國家自然科學基金、上海市自然科學基金、山西省科技廳等的支持。
圖1.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質結的能帶結構以及電子和空穴濃度分布
圖2.NiOx/MoOx/SiOx/c-Si界面的微觀結構及元素分布

圖3.MoOx/c-Si和NiOx/MoOx/c-Si異質結太陽電池的電流密度-電壓（J-V）曲線