实验室尺寸的太阳能电池原型(TPC -透明钝化接触)。在硅片上可以看到四个太阳能电池，每一个都有4平方厘米，每一个都与丝网印刷的银触点接触和相框。信贷:j Forschungszentrum
纳米结构材料和新的电池设计为生产效率超过26%的硅太阳能电池铺平了道路。天富是做什么的？
现在没有比太阳能发电更便宜的方法了。目前正在阳光充足的地方建造发电厂，以每千瓦时不到2美分的价格提供太阳能电力。市场上可用的基于晶体硅的太阳能电池使这成为可能，效率高达23%。因此，它们拥有约95%的全球市场份额。如果效率更高，超过26%，成本可能会进一步下降。由Forschungszentrum Jülich的光伏研究人员领导的一个国际工作组现在计划用一种纳米结构的、透明的材料作为太阳能电池的正面，并采用一种复杂的设计来实现这一目标。科学家们在著名的科学杂志《自然能源》上报告了他们多年的研究成果。
硅太阳能电池在过去的几十年里得到了稳步的改进，已经达到了很高的发展水平。然而，载流子在吸收阳光和光伏发电后，复合的干扰效应仍然存在。在这个过程中，已经产生的负电荷和正电荷的载流子相互结合和抵消，然后才能用于太阳能电力的流动。这种效应可以通过具有特殊性能的特殊材料——钝化来抵消。天富平台
透明纳米层太阳能电池层序列
在具有随机金字塔结构的晶圆上具有透明正面层(TPC，透明钝化接触)的新太阳能电池的层序。灰色区域对应n掺杂的晶体硅晶片，浅蓝色层为湿化学法生长的二氧化硅，红色层为钝化碳化硅，橙色为导电碳化硅。绿色的，最后一层对应于氧化铟锡(ITO)。信贷:j Forschungszentrum
“我们的纳米结构层正好提供了所需的钝化，”Malte Köhler说，他曾是Jülich能源和气候研究所(IEK-5)的博士生和第一作者，后来获得了博士学位。此外，超薄层是透明的，因此很难减少光的入射，并表现出高电导率。
“到目前为止，还没有其他的方法能结合这三种特性——钝化、透明性、导电性——以及我们的新设计，”Jülich工作组的负责人丁凯宁博士说。在实验室中，Jülich TPC太阳能电池的第一个原型获得了23.99%(+- 0.29%)的高效率。Hamelin太阳能研究所(ISFH)独立的CalTeC实验室也证实了这个值。这意味着Jülich TPC太阳能电池仍然略低于迄今为止实验室制造的最好的晶体硅电池。但同时进行的模拟表明，使用TPC技术可以提高26%以上的效率。
“此外，我们只在制造过程中使用了可以相对快速地集成到系列化生产中的流程，”丁强调了其优于其他研究方法的优势。有了这个策略，Jülich的科学家们为他们从实验室到大规模的工业太阳能电池生产铺平了道路。
需要几个工艺步骤来生产TPC太阳能电池的层。在一层薄薄的二氧化硅上，研究人员沉积了双层微小的金字塔形状的碳化硅纳米晶体——应用于两种不同的温度。最后是一层透明的铟锡氧化物。Ding和他的同事们使用了湿化学工艺、化学气相沉积(CVD)和溅射工艺。
由于他们的成功，来自IEK 5的Jülich研究人员和Jülich恩斯特鲁斯卡电子显微镜中心的研究人员与荷兰、中国、俄罗斯和厄瓜多尔的几个研究所进行了密切合作。合作伙伴包括来自亚琛工业大学、杜伊斯堡-埃森大学、代尔夫特和埃因霍温技术大学、基多旧金山大学、新sibirsk大学和Kutateladze热物理研究所以及广州中山大学的研究人员。丁凯宁的研究小组计划进一步优化其TPC太阳能电池的发电量。“我们希望太阳能电池制造商对我们的技术表现出极大的兴趣，”丁说。
