研究团队首次在原子水平上测量到太阳能电池的损耗

硅太阳能电池非常便宜和高效，它们可以以低于2美分/千瓦时的价格发电。目前最高效的硅太阳能电池是由小于10纳米的薄非晶硅(a-Si:H)接触层制成的，这些接触层负责分离光产生的电荷。

使用这种硅异质结太阳能电池，HZB的效率达到了24%以上，同时也是串联太阳能电池的一部分，最近报道的效率记录为29.15%。

目前来自日本的单结硅太阳能电池的世界纪录也是基于这种异质接触。

这种异质接触系统仍有相当大的效率潜力，然而，这些层是如何实现载流子分离的，以及它们的纳米损失机制是什么，目前尚不清楚。晶硅:H接触层的特点是其内在障碍,这一方面使优秀的硅表面的涂层,从而最大限度地减少界面缺陷的数量,但另一方面也有一个小缺点:它会导致当地复合电流和运输的形成障碍。

HZB和犹他大学的一个团队首次在原子水平上实验测量了这种泄漏电流是如何在c-Si和a-si:H之间形成的，以及它们如何影响太阳能电池的性能。

Christoph伯麦教授领导的研究小组,他们能够解决上述的损失机制接口使用超高真空硅纳米尺度上heterocontact导电原子力显微镜(cAFM)。

利用导电的AFM探针，在超高真空条件下，在纳米尺度上扫描A-si:H/c-Si界面样品表面，揭示了载流子通过A-si:H缺陷的输运通道(放大部分红色状态)。(:MartinKünsting/HZB)

该小组在ACS应用纳米材料上报告了他们的发现(“ImagingofBandtailStatesinSiliconHeterojunctionSolarCells:NanoscopicCurrentEffectsonPhotovoltaics”)。

物理学家们能够以接近原子的分辨率确定泄漏电流在何处穿透选择性a-si:H接触，并在太阳能电池中造成损失过程。在cAFM中，这些损耗电流以纳米级电流通道的形式出现，是与非晶硅网络无序有关的缺陷的指纹。

这些缺陷充当电荷穿透选择性接触并诱导复合的垫脚石，我们称之为“陷阱辅助的量子力学隧道”，Lips解释道，这是第一次在a-si:H中可见这样的状态，而且我们能够在最高质量的a太阳能电池的工作条件下揭示损耗机制。

犹他州和柏林的研究小组还发现，暗道电流随时间随机波动。结果表明，存在一个短期电流封锁，这是由捕获在邻近缺陷中的局部电荷引起的，它改变了隧穿态的能量位置(垫脚石)。这种被捕获的电荷还会导致电流通道的局部光电电压上升到1V以上，这远远高于宏观接触所能使用的电压。

关键在如何进一步提高硅太阳能电池的效率在一个更有针对性的方法,贝恩德•Stannowski博士补充说。