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本文1243字，阅读约需4分钟 摘 要：研究小组聚焦PEDOT:PSS/Si异质结太阳能电池，通过极其简单的发电材料的组合和金属材料的涂布方法，首次成功地在空气和室温下使用市售的普通硅晶片制造出太阳能电池，有望解决目前太阳能电池的大规模量产需要真空和高温工艺条件的限制。 关键词：太阳能电池、PEDOT:PSS/Si异质结、空气&室温、金属涂布、电极 降低太阳能电池的生产成本是太阳能发电广泛应用的一个主要问题。目前，太阳能电池的大规模量产采用在真空或还原气氛中进行的高温工艺，这是增加成本的一个因素。 本研究小组仅在空气和室温下就成功地用硅晶片制造了太阳能电池，并实现了超过10%的发电效率。研究发现，主要原因是所制造的太阳能电池是PEDOT:PSS/Si异质结太阳能电池，与传统的Si太阳能电池不同，这种有机-无机杂化太阳能电池即使使用杂质浓度高的Si晶片也能发电，因此，能大幅度放宽电极安装条件。这种方法可以简便、低成本且高速地制造太阳能电池，并有望用于广泛的应用，包括发展中国家和教育机构。
太阳能电池的制造工序示意图 太阳能电池有望成为一种能够同时解决能源资源枯竭问题和全球环境问题的装置。然而，由于其高昂的价格和缓慢的生产速度，至今尚未实现充分普及，无法成为主要的替代电源。这是因为太阳能电池是通过一系列真空（或调节气体气氛）和高温工艺制造的，而这些需要昂贵的大型设备和较长的工艺时间。这是因为作为形成太阳能电池结构的关键的杂质掺杂和电极形成需要这些过程。更糟糕的是，虽然在高电导率的半导体上形成导电性良好的电极相对容易，但太阳能电池中普遍存在一个问题，即除非使用具有相对低电导率的半导体晶片，否则难以获得发电性能。这种困境导致了在电极金属沉积之后必须进行额外的退火（烘烤）工艺，以形成足够导电的金属/半导体界面。 研究小组关注的事实是，PEDOT:PSS/Si异质结太阳能电池这种有机材料-无机材料杂化太阳能电池由于与传统的硅太阳能电池不同，无需高温下的杂质扩散工艺来形成结，因此易于制造。研究还发现，即使是杂质浓度较高、电导率较高的Si晶片，PEDOT:PSS/Si异质结也表现出足够的发电性能，同时这一特性可以显着放宽电极形成所需的工艺条件。基于这些，为了有助于解决上述问题，研究小组接受了前所未有的挑战，即在大气中且仅在室温下用硅晶片制造太阳能电池。 迄今为止，化学镀、真空沉积和丝网印刷一直是太阳能电池电极形成的常用方法。然而，这些方法需要加热和抽真空等过程，这不可避免地增加了能源、时间和成本。此次，研究小组使用导电银油墨，只需将其涂布在半导体材料上，就成功地形成了太阳能电池的电极。由此，通过极其简单的发电材料的组合和金属材料的涂布方法，研究小组首次成功地在空气和室温下使用市售的普通硅晶片制造出太阳能电池。通过优化各过程的条件和工艺顺序，获得了超过10%的发电效率（下图）。
图：所制造太阳能电池的输出特性 本研究所创造的技术将可以省略（无尘室和大型制造·加工设备等）高温加热和真空（调整气体）环境中的制造过程，这些过程是目前太阳能电池生产成本和速度的瓶颈。这将使快速、简便和低成本地生产太阳能电池成为可能，从而有助于太阳能发电的进一步大规模普及。此外，有望推动太阳能电池更广泛的应用，包括人口稀少地区、发展中国家和教育环境。 未来，研究小组计划通过详细优化杂质和掺杂剂浓度并引入光学限制结构来进一步提高性能。  （1）获取原文 |
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