光伏新能源是國家戰略性新型產業，在我國已形成了巨大的產業規模。硅光伏電池是光伏新能源的主流技術，占據光伏市場97%的份額。但硅光伏電池兩大核心技術—“載流子選擇接觸”和“界面缺陷鈍化”均涉及高溫或高真空重型裝備，成本難以進一步降低，亟需開發更低成本的新型光伏器件及鈍化新技術以支撐光伏產業轉型升級。

物理學院光伏技術陳劍輝團隊在大量探索和研究的基礎上，發現了光伏領域不同于傳統場效應鈍化和化學鈍化的第三種鈍化機理—“電化學鈍化”并發展出了一種全新的低成本光伏電池鈍化技術，該技術為解決當前光伏產業化痛點問題和開發新型光伏器件提供了新的思路和途徑。近期，該團隊在電化學鈍化技術應用方面取得系列進展。

(1)化合物半導體銅銦鎵硒太陽電池鈍化

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池具有高效穩定、弱光響應好及可柔性化等特點，在光伏建筑一體化(BIPV)等領域具有廣泛應用。但CIGS多晶化合物薄膜由于存在大量晶界和體缺陷，影響了其器件性能。該研究團隊首次發現利用電化學鈍化可有效處理CIGS表/界面和晶界深缺陷，使電池轉化效率提升4%以上，為多晶化合物太陽電池(CIGS，CZTS，Sb₂Se₃，CdTe等太陽電池)的界面和缺陷鈍化提供了一條新途徑。該工作發表在Research(2023,DOI: 10.34133/research.0084,IF=11.036)和Advanced Materials Interfaces (2022, 2202171, IF=6.389)，并入選Wiley-VCH數據庫“Hot Topic: Solar Cells”熱點主題研究論文。

圖1電化學鈍化CIGS的示意圖

(2)碳納米管/硅太陽電池同類器件最高轉化效率和器件新設計

碳納米管/硅(CNT/Si) 1D/3D結太陽電池由于缺乏匹配的1D/3D界面鈍化技術導致器件效率不足18%，距離產業化電池性能(效率>23%)相去甚遠。該研究團隊利用電化學鈍化技術對碳納米管/硅1D/3D界面進行處理，將電池效率提高到>23%，突破了CNT/Si新型太陽電池效率瓶頸。同時，完成了光伏領域最先進的叉指背接觸(IBC)結構新設計，提出CNT-IBC的新結構設計。相關工作發表在SmallStructure (2023, 2200375, IF=11.343)、Carbon (2023, 202, 432, IF=11.307)等期刊上，前期部分應用成果獲河北省科學技術進步二等獎1項（2022）。

圖2CNT-IBC太陽電池的結構示意圖和照片

(3)解決黑硅鈍化難題，揭示深缺陷鈍化與逆俄歇效應的內在關聯機制

黑硅因其較高的光吸收特性是理想的光伏材料，然而黑硅的納米結構使其鈍化成為世界性難題。該團隊利用電化學鈍化的液相滲透能力有效鈍化了產業化黑硅納米陣列的深缺陷(少子壽命> 2 ms)，揭示了電化學鈍化與逆俄歇效應的內在關聯機制，觀察到了峰值EQE=129%的逆俄歇反常光伏效應，提供了一種成本低廉、可規?；僮鞯暮诠桠g化路線，給出了光伏器件突破S-Q理論限制的新思路。相關工作發表在Small (2022, 2205848，IF=15.153)并入選Wiley-VCH數據庫“Hot Topic: Solar Cells”熱點主題研究論文。

圖3黑硅的電化學鈍化和逆俄歇效應

(4)組件端電池片切口復合鈍化液修復技術

針對切割產生的缺陷復合導致高效電池效率損失這一當前光伏產業痛點問題。該研究團隊開發了鈍化液修復技術，獲得了最高98%的性能修復率，并以河北大學牽頭編制了光伏行業團體標準（《晶體硅光伏電池切割分片效率損失測試方法》）。在此基礎上，成功開發出鈍化筆、電化學鈍化設備、高效電池增效切割等成套裝備技術及其工藝，目前已申請專利12項（獲授權5項），形成了自主知識產權。這些工作為產業界高效光伏電池片切割損失的修復和疊瓦組件的發展提供了一個鈍化液修復的新思路，具有重要的產業化應用意義。部分工作發表在AdvancedEnergyand Sustainability Research (2022, 2200154)。

圖4團隊自主研發的鈍化筆和電化學鈍化設備

以上工作得到國家自然科學基金、河北省自然科學杰出青年基金項目、河北省“三三三”人才工程項目、生命科學與綠色發展學科群項目，光學工程學科建設項目等經費的資助。先進鈍化技術課題組(https://www.x-mol.com/groups/chen_jianhui)，團隊成員：陳劍輝、張旭寧、陳靜偉、高青、陳兵兵、楊德華。

相關連接：

[1]https://doi.org/10.1002/smll.202205848

[2]https://doi.org/10.34133/research.0084

[3]https://doi.org/10.1002/admi.202202171

[4]https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.020

[5]https://doi.org/10.1002/sstr.202200375

[6]https://doi.org/10.1002/solr.202200743

[7]https://doi.org/10.1002/admi.202201221

[8]https://doi.org/10.1002/aesr.202200154

[9]光伏行業團體標準http://www.chinapv.org.cn/standard_dynamics/1065.html

（物理學院、科學技術處供稿）