p As células solares feitas de silício cristalino alcançam o pico de eficiência, especialmente em combinação com contatos seletivos feitos de silício amorfo (a-Si:H). Contudo, sua eficiência é limitada por perdas nessas camadas de contato. Agora, pela primeira vez, uma equipe da Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) e da Universidade de Utah, EUA, mostrou experimentalmente como essas camadas de contato geram correntes de perda na escala nanométrica e qual é sua origem física. p As células solares de silício são agora tão baratas e eficientes que podem gerar eletricidade a preços inferiores a 2 cent / kWh. As células solares de silício mais eficientes hoje são feitas com camadas de contato seletivas de silício amorfo (a-Si:H) finas de menos de 10 nanômetros, que são responsáveis ​​por separar as cargas geradas pela luz. Eficiências de mais de 24% são alcançadas em HZB com tais células solares de heterojunção de silício e também fazem parte de uma célula solar em tandem que leva a um recorde de eficiência relatado recentemente de 29,15% (A. Al-Ashouri, et al. Ciência 370, (2020)). O atual recorde mundial do Japão para uma célula solar de silício de junção única também é baseado neste heterocontato (26,6%:K. Yoshikawa, et al. Nature Energy 2, (2017)).

p Ainda há um potencial de eficiência considerável relacionado a tais sistemas de heterocontato, Contudo, ainda não é compreendido em detalhes como essas camadas permitem a separação de portadores de carga e quais são seus mecanismos de perda nanoscópica. As camadas de contato a-Si:H são caracterizadas por sua desordem intrínseca, que, por um lado, permite um excelente revestimento da superfície de silício e, portanto, minimiza o número de defeitos interfaciais, mas, por outro lado, também tem uma pequena desvantagem:pode levar a correntes de recombinação local e à formação de barreiras de transporte.

p Pela primeira vez, uma equipe do HZB e da Universidade de Utah mediu experimentalmente em nível atômico como essas correntes de fuga se formam entre c-Si e a-Si:H, e como eles influenciam o desempenho da célula solar. Em um esforço conjunto, uma equipe liderada pelo Prof. Christoph Boehme da Universidade de Utah, e pelo Prof. Dr. Klaus Lips da HZB, eles foram capazes de resolver o mecanismo de perda na interface do heterocontato de silício mencionado acima na escala nanométrica usando microscopia de força atômica condutiva de ultra-alto vácuo (cAFM).

p Os físicos foram capazes de determinar com resolução quase atômica onde a corrente de fuga penetra no contato seletivo a-Si:H e cria um processo de perda na célula solar. No cAFM, essas correntes de perda aparecem como canais de corrente de tamanho nanométrico e são a impressão digital de defeitos associados à desordem da rede de silício amorfo. "Esses defeitos atuam como degraus para que as cargas penetrem no contato seletivo e induzam a recombinação, nos referimos a isso "como tunelamento mecânico quântico assistido por armadilha", explica Lips. "Esta é a primeira vez que tais estados se tornaram visíveis em a-Si:H e que fomos capazes de desvendar o mecanismo de perda sob condições de trabalho de uma célula solar da mais alta qualidade, "o físico relata com entusiasmo.

p A equipe de Utah / Berlim também foi capaz de mostrar que a corrente escura canalizada flutua estocasticamente ao longo do tempo. Os resultados indicam que um bloqueio atual de curto prazo está presente, que é causada por carga local que fica presa em defeitos vizinhos que altera o posicionamento energético dos estados de tunelamento (degraus). Esta carga presa também pode fazer com que a fotovoltagem local em um canal de corrente suba para acima de 1V, que está muito acima do que alguém seria capaz de usar com um contato macroscópico. "Nesta transição do mundo nano para o macro, encontramos a empolgante física das heterojunções e a chave para melhorar ainda mais a eficiência das células solares de silício de uma forma ainda mais direcionada, "diz o Dr. Bernd Stannowski, que é responsável pelo desenvolvimento de células solares de heterojunção de silício industriais no HZB.