AFM：通过掺杂与缺陷工程实现GaOₓ的双极性载流子传输，用于高效硅异质结太阳能电池

钝化接触是实现高效晶体硅（c‑Si）太阳能电池全部潜力的关键赋能技术。过渡金属氧化物（TMOs）因其宽带隙、可调的功函数（WF）和有效的表面钝化能力，作为钝化接触层受到广泛关注。氧化镓（GaOₓ）具有超宽带隙（≈4.8 eV）、高电子迁移率以及因其丰富的固定电荷而具有优异的场效应钝化能力，但其在钝化接触中的应用尚未被探索。

本工作张江实验室李东栋、浙江理工大学王鹏、崔灿和郭道友等人通过离子掺杂为c‑Si太阳能电池展示了GaOₓ的可调载流子选择性。Cu²⁺掺杂于GaOₓ中可减少氧空位（Vo），导致WF增加至5.64 eV，与p‑Si的价带偏移减小，从而实现35.09 mΩ·cm²的低接触电阻率（ρc）。相反，Si⁴⁺掺杂于GaOₓ中会增加Vo，导致WF降低至3.52 eV，与n‑Si的导带偏移减小，实现24.19 mΩ·cm²的低ρc。因此，p‑Si/Al₂O₃/GaOₓ:Cu²⁺/Au 和 n‑Si/SiO₂/GaOₓ:Si⁴⁺/Mg 异质结太阳能电池分别实现了21.82%和21.49%的高转换效率。

这项工作表明，GaOₓ通过掺杂与缺陷工程展现出可调谐的双极性传输特性，为高效c‑Si太阳能电池的钝化接触开发铺平了道路。

研究亮点：

1. 首次将超宽带隙GaOₓ用于硅电池钝化接触：揭示了GaOₓ通过离子掺杂（Cu²⁺, Si⁴⁺）调控氧空位浓度与功函数，实现从空穴选择性到电子选择性的“双极性”可调转变。
2. 器件性能显著提升：基于优化掺杂的GaOₓ钝化接触，p‑Si与n‑Si异质结电池效率分别达到21.82%和21.49%，并展现出良好的热稳定性（300°C退火后保持~80%效率）与光照稳定性。
3. 机制清晰，理论与实验结合：结合DFT计算、光谱分析与电学表征，阐明了Cu²⁺掺杂引入中间带促进空穴隧穿传输，Si⁴⁺掺杂增加Vo促进电子传导的物理机制，为新型钝化接触材料设计提供了明确指导。

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