太阳能光伏发电是推动“碳达峰，碳中和”的重要力量。以非晶硅和晶体硅（a-Si:H/c-Si）构建的异质结（SHJ）太阳能电池近年来不断取得突破进展。然而，SHJ电池中的a-Si:H薄膜会带来较严重的寄生光吸收，且设备和工艺成本较高。采用宽带隙过渡金属氧化物（TMO）替代a-Si:H在减少寄生光吸收、提升光电流，以及降低成本等方面具有重要潜力。近年来，中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心李东栋研究员团队，在a-Si:H/c-Si异质结电池的产业化技术和TMO/c-Si异质结电池的前瞻研究等方面开展了深入研究。前期研究中发现了电池中界面的演变，并针对效率和稳定性的提升提出一系列改良方案 (ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 28415；Solar RRL, 2021, 5, 2100169；Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004367；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 36778；Solar RRL, 2019, 3, 1900274)。
近期该研究团队针对TMO/c-Si异质结电池空穴传输层，提出了一种提升载流子选择性的新策略。研究成果以“NiO_x/MoO_x Bilayer as an Efficient Hole-Selective Contact in Crystalline Silicon Solar Cells”为题发表在Cell Press旗下《Cell Reports Physical Science》期刊上（https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100684）。
该工作使用NiO_x/MoO_x叠层结构作为c-Si电池的空穴传输层，有效提高了空穴载流子的选择性。一方面，高功函数的MoO_x使c-Si表面的能带向上弯曲，促进空穴载流子的有效提取，另一方面，NiOx与c-Si较大的导带偏移进一步阻挡电子传输。得益于此，采用NiO_x/MoO_x叠层结构的c-Si太阳能电池实现了21.31%的效率。此外，通过UV/O₃处理在硅表面形成超薄的SiO_x，可进一步提高空穴提取能力，效率提升至21.60%。这是迄今为止，以MoO_x作为空穴选择性传输层且未使用a-Si:H薄膜的c-Si太阳电池中所报道的最高效率。
本论文的第一作者是李乐（博士生），通讯作者是张姗婷博士和李东栋研究员。研究还得到了晋能清洁能源科技股份公司和中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究人员的帮助，以及国家自然科学基金、上海市自然科学基金、山西省科技厅和中科院DNL合作基金的支持。

图1. MoO_x/c-Si和NiO_x/MoO_x/c-Si异质结的能带结构以及电子和空穴浓度分布。

图2. NiO_x/MoO_x/SiO_x/c-Si界面的微观结构及元素分布。

图3. MoO_x/c-Si和NiO_x/MoO_x/c-Si异质结太阳电池的电流密度-电压（J-V）曲线。