Verborgen zwakke plekken in zonnecellen eindelijk blootgelegd: "Doorbraak kan ontwikkeling fors versnellen"
In dit artikel:
Koreaans onderzoeksteam van het Korea Institute of Energy Research (KIER) en Chungbuk National University heeft met een nieuwe analysemethode voor het eerst inzicht gekregen in welke verborgen defecten het rendement van silicium-heterojunctie (SHJ)-zonnecellen beperken. In een recente publicatie in Advanced Functional Materials laten Hee‑Eun Song en Ka‑Hyun Kim zien dat wat eerder als één breed defectsignaal werd gezien, in werkelijkheid twee verschillende defecttypen zijn: een traag, diep-energetisch defect en een snel, ondiep defect. Beide blijken eigen energieniveaus, locaties binnen de cel en zelfs verschillende atomaire bindingsconfiguraties te hebben.
SHJ-cellen combineren kristallijn silicium met ultradunne amorfe siliciumlagen en gelden als een van de meest efficiënte siliciumgebaseerde technologieën — onder meer als onderlaag voor beloftevolle silicium‑perovskiet tandemcellen. Door de mix van kristallijne en amorfe structuren, meerdere interfaces en een waterstofrijk procesmilieu is het defectlandschap echter complex. Traditionele Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) bood tot nu toe te beperkte informatie omdat die methode doorgaans alleen twee meetmomenten in de relaxatie volgt, waardoor belangrijke dynamische details verloren gingen.
De Koreaanse groep breekt dit knelpunt door niet slechts twee punten maar de volledige tijdsevolutie van het transientsignaal te analyseren. Die fijnmazige benadering maakte het mogelijk om overlappende signalen te ontkoppelen en de twee onafhankelijke defecttypen te identificeren. Cruciaal is ook de ontdekking dat defectconfiguraties kunnen wisselen onder invloed van zowel productiefactoren als bedrijfsomstandigheden — met waterstof als belangrijke spelbepaler. Dat betekent dat niet alleen het aantal defecten telt, maar vooral hun gedrag tijdens fabricage en gebruik.
De praktische consequenties zijn groot: met het nieuwe inzicht kunnen fabrikanten procesparameters doelgerichter optimaliseren — denk aan passivatie, waterstofdiffusie en depositietechnieken — in plaats van te blijven werken via trial-and-error. Dat kan de ontwikkeling van high‑efficiency SHJ-cellen versnellen en is bijzonder relevant voor de realisatie van efficiënte silicium‑perovskiet tandems, waar SHJ vaak de basiscel vormt. De auteurs verwachten bovendien dat de verbeterde DLTS-analysebreed inzetbaar is binnen de halfgeleiderindustrie — van CMOS-elektronica tot sensoren, LED’s en displays — omdat defectkarakterisatie daar ook een algemeen knelpunt is.
Kortom: door het volledige transientgedrag te gebruiken hebben de onderzoekers een decennialang meetprobleem opgelost en een nieuw instrument geleverd om defecten in SHJ-cellen niet alleen te detecteren maar ook te begrijpen en te beheersen. Dat brengt betere celprestaties en snellere doorbraken naar commerciële tandemzonnecellen dichterbij.