AFM：通過摻雜與缺陷工程實現GaO?的雙極性載流子傳輸，用于高效硅異質結太陽能電池

鈍化接觸是實現高效晶體硅（c?Si）太陽能電池全部潛力的關鍵賦能技術。過渡金屬氧化物（TMOs）因其寬帶隙、可調的功函數（WF）和有效的表面鈍化能力，作為鈍化接觸層受到廣泛關注。氧化鎵（GaO?）具有超寬帶隙（≈4.8 eV）、高電子遷移率以及因其豐富的固定電荷而具有優異的場效應鈍化能力，但其在鈍化接觸中的應用尚未被探索。

本工作張江實驗室李東棟、浙江理工大學王鵬、崔燦和郭道友等人通過離子摻雜為c?Si太陽能電池展示了GaO?的可調載流子選擇性。Cu2?摻雜于GaO?中可減少氧空位（Vo），導致WF增加至5.64 eV，與p?Si的價帶偏移減小，從而實現35.09 mΩ·cm2的低接觸電阻率（ρc）。相反，Si??摻雜于GaO?中會增加Vo，導致WF降低至3.52 eV，與n?Si的導帶偏移減小，實現24.19 mΩ·cm2的低ρc。因此，p?Si/Al?O?/GaO?:Cu2?/Au 和 n?Si/SiO?/GaO?:Si??/Mg 異質結太陽能電池分別實現了21.82%和21.49%的高轉換效率。

這項工作表明，GaO?通過摻雜與缺陷工程展現出可調諧的雙極性傳輸特性，為高效c?Si太陽能電池的鈍化接觸開發鋪平了道路。

研究亮點：

1. 首次將超寬帶隙GaO?用于硅電池鈍化接觸：揭示了GaO?通過離子摻雜（Cu2?, Si??）調控氧空位濃度與功函數，實現從空穴選擇性到電子選擇性的“雙極性”可調轉變。

2. 器件性能顯著提升：基于優化摻雜的GaO?鈍化接觸，p?Si與n?Si異質結電池效率分別達到21.82%和21.49%，并展現出良好的熱穩定性（300°C退火后保持~80%效率）與光照穩定性。

3. 機制清晰，理論與實驗結合：結合DFT計算、光譜分析與電學表征，闡明了Cu2?摻雜引入中間帶促進空穴隧穿傳輸，Si??摻雜增加Vo促進電子傳導的物理機制，為新型鈍化接觸材料設計提供了明確指導。

J. Wang, H. Zhou, P. Ren, et al. “ Bipolar Carrier Transport of GaOx via Doping and Defect Engineering for High-Efficiency Silicon Heterojunction Solar Cells.” Adv. Funct. Mater. (2025): e21850.

https://doi.org/10.1002/adfm.202521850

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