MoOx 접촉 패시베이션 Si 태양전지

MoOx는 전통적으로 유기 전자소자에서 홀 접촉 층으로 이용되고 있었는데 아무도 가장 일반적인 Si 반도체에 적용하려는 시도가 없었다. 

태양전지는 일반적으로 광흡수 반도체층의 한쪽면은 홀을 투과시키고 전자를 차단하는 selective contact 층이 있고 다른 쪽면에는 전자를 투과시키고 홀을 차단하는 상호 보완적인 selective contact층으로 이루어져 있다. 

소자가 태양광을 받으면 이들 selective contact은 전자 또는 홀에 대해 싱크(sink)와 같은 행동하고 각 contact은 화학 포텐셜 기울기를 만들어 결과적으로 확산 전류를 생성시킨다. 

소위 Si 이종접합 태양전지는 24.7% 만큼 높은 효율을 보이고 있다. 이 소자는 표면 패시베이션 층으로 얇은 a-Si:H을 사용해서 Voc가 750 mV가 넘는다. 

하지만, a-Si:H는 단지 1.7~1.8 eV의 밴드갭을 가지고 있고 높은 결함을 지니고 있다는 것이 문제이다. 

이 패시베이션 층이 단지 수 나노미터로 얇다 하더라도 태양광 스펙트럼의 UV와 가시광 부분에서 여전히 광흡수 손실(parasitic absorption)이 있다. 이 문제는 광흡수 반도체 층이 Voc을 증가시키기 위해 덜 얇아질 수록 더 심각해 진다. 

연구자들은 열증착된 MoOx(x<3)에 기반한 n형 Si 이종접합 태양전지를 위한 근본적으로 다른 홀 접촉 방식을 찾아냈다. MoOx는 어떤 금속 보다 높은 일함수를 갖고  있기 때문에 그것의 Fermi 에너지 준위를 반도체의 valence band에 가깝게 놓을 수 있어 홀을 MoOx로 효과적으로 주입시키거나 뽑아낼 수 있다. 

그들은 패시베이션 되지 않은 MoOx/c-Si 태양전지에서 14.3%의 효율을 얻었고 a-Si:H을 산화 접촉층과 Si 흡수체 사이에 패시베이션 층으로 삽입했을 때, MoOx/a-Si:H/c-Si, 18.8%의 효율을 얻었다. 

밴드갭 3.3 eV의 hole-selective contact인 MoOx는 인상적인 전류 1.9 mA/cm2와 일반적인 Si 이종접합 셀과 같은 거의 동일한 Voc(711 mV)을 유지할 수 있게 한다.  

참고: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56693