近年來，太陽能電池的研究方向主要是高轉(zhuǎn)換效率、低成本和高穩(wěn)定性，因此以碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池為代表的薄膜太陽能電池備受關(guān)注，2015年，美國First Solar 公司宣布其CdTe電池組件效率高，生產(chǎn)成本大大低于晶體硅和其他材料，年產(chǎn)量達到5GW。目前CdTe薄膜電池效率限制主要問題在于背接觸層功函較高，普通金屬難以與其形成良好的歐姆接觸，使用酸刻蝕的后容易形成表面缺陷，與此同時，單原子層沉積技術(shù)(atomic layer deposited，ALD) 由于其沉積參數(shù)的高度可控性（幾個原子層的厚度、并且成分和結(jié)構(gòu)可控），優(yōu)異的沉積均勻性和一致性使得其在微納電池器件和納米材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。北大新材料學(xué)院將自主開發(fā)的原子層沉積技術(shù)與CdTe薄膜電池技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了具有新型的背接觸的CdTe太陽能電池，正好解決該問題。
2013級碩士研究生院林欽賢同學(xué)在潘鋒教授的指導(dǎo)下，與學(xué)院太陽能課題組的梁軍副教授合作、并且在蘇彥濤博士后、李豪同學(xué)，以及其他同學(xué)和老師的積極幫助和支持下，開展交叉學(xué)科、協(xié)同創(chuàng)新的合作研發(fā)。將原子層沉積技術(shù)應(yīng)用于碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池，使用超薄1nm的氧化鋁Al2O3絕緣層用鈍化背電極缺陷起到空穴傳導(dǎo)的整流作用，同時該超薄氧化鋁能保證載流子順利隧穿到金屬電極，因此起到了整流和遂穿的功能，實驗結(jié)論得到薄膜電池在應(yīng)用ALD技術(shù)后電池光電轉(zhuǎn)化效率為12.1%，比未應(yīng)用ALD技術(shù)的電池效率高出1.4%。新材料學(xué)院是首次提出利用整流與遂穿效應(yīng)設(shè)計新型太陽能電池，并且把這種新型的太陽能電池的創(chuàng)新設(shè)計和技術(shù)申請了專利，有望在薄膜太陽能電池的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
FIG. 1. (a) Cross-section, (b) topography SEM photo of CdTe solar cell
FIG. 2. (a) modi?cation mechanism diagram of negative ?xed charges in Al2O3 (b)Photocurrent J–V and enlarge photo in the inset;
林欽賢同學(xué)作為二年級碩士研究生以項目的核心研究人員與新材料學(xué)院的師生協(xié)作共同完成了此項創(chuàng)新性的研究工作， 該研究成果近期（與梁軍老師為共同第一作者），以通信快報形式發(fā)表在全球高影響力的“自然指數(shù)”（Nature Index）的雜志之一的“應(yīng)用物理快報“（“Applied Physics Letters （APL）10.1063/1.4926601）上。這也是北大新材料學(xué)院首屆碩士研究生以共同第一作者發(fā)表的首篇具有高影響力物理類的學(xué)術(shù)論文。此篇論文的發(fā)表，將激勵北大新材料學(xué)院的碩士和博士研究生們更加奮發(fā)努力，陸續(xù)把他們的優(yōu)秀的科研成果申請專利，并發(fā)表到全球高影響力的科學(xué)雜志上。目前，學(xué)院的全體師生正在積極響應(yīng)北京大學(xué)創(chuàng)建世界一流大學(xué)的號召，共同努力把新興的新材料學(xué)院建設(shè)成為國際化的世界一流的材料科學(xué)與工程學(xué)院。
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“Rectification and tunneling effects enabled by Al2O3 atomic layer deposited on back contact of CdTe solar cells“ Jun Liang1, Qinxian Lin1, Hao Li, Yantao Su, Xiaoyang Yang, Zhongzhen Wu, Jiaxin Zheng, Xinwei Wang, Yuan Lin, and Feng Pan*
