近年来，太阳能电池的研究方向主要是高转换效率、低成本和高稳定性，因此以碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳能电池备受关注，2015年，美国First Solar 公司宣布其CdTe电池组件效率高，生产成本大大低于晶体硅和其他材料，年产量达到5GW。目前CdTe薄膜电池效率限制主要问题在于背接触层功函较高，普通金属难以与其形成良好的欧姆接触，使用酸刻蚀的后容易形成表面缺陷，与此同时，单原子层沉积技术(atomic layer deposited，ALD) 由于其沉积参数的高度可控性（几个原子层的厚度、并且成分和结构可控），优异的沉积均匀性和一致性使得其在微纳电池器件和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力。北大新材料学院将自主开发的原子层沉积技术与CdTe薄膜电池技术相结合，设计了具有新型的背接触的CdTe太阳能电池，正好解决该问题。
2013级硕士研究生院林钦贤同学在潘锋教授的指导下，与学院太阳能课题组的梁军副教授合作、并且在苏彦涛博士后、李豪同学，以及其他同学和老师的积极帮助和支持下，开展交叉学科、协同创新的合作研发。将原子层沉积技术应用于碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池，使用超薄1nm的氧化铝Al2O3绝缘层用钝化背电极缺陷起到空穴传导的整流作用，同时该超薄氧化铝能保证载流子顺利隧穿到金属电极，因此起到了整流和遂穿的功能，实验结论得到薄膜电池在应用ALD技术后电池光电转化效率为12.1%，比未应用ALD技术的电池效率高出1.4%。新材料学院是首次提出利用整流与遂穿效应设计新型太阳能电池，并且把这种新型的太阳能电池的创新设计和技术申请了专利，有望在薄膜太阳能电池的技术和产业中得到广泛应用。
FIG. 1. (a) Cross-section, (b) topography SEM photo of CdTe solar cell
FIG. 2. (a) modification mechanism diagram of negative fixed charges in Al2O3 (b)Photocurrent J–V and enlarge photo in the inset;
林钦贤同学作为二年级硕士研究生以项目的核心研究人员与新材料学院的师生协作共同完成了此项创新性的研究工作， 该研究成果近期（与梁军老师为共同第一作者），以通信快报形式发表在全球高影响力的“自然指数”（Nature Index）的杂志之一的“应用物理快报“（“Applied Physics Letters （APL）10.1063/1.4926601）上。这也是北大新材料学院首届硕士研究生以共同第一作者发表的首篇具有高影响力物理类的学术论文。此篇论文的发表，将激励北大新材料学院的硕士和博士研究生们更加奋发努力，陆续把他们的优秀的科研成果申请专利，并发表到全球高影响力的科学杂志上。目前，学院的全体师生正在积极响应北京大学创建世界一流大学的号召，共同努力把新兴的新材料学院建设成为国际化的世界一流的材料科学与工程学院。
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文章链接：http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/107/1/10.1063/1.4926601
“Rectification and tunneling effects enabled by Al2O3 atomic layer deposited on back contact of CdTe solar cells“ Jun Liang1, Qinxian Lin1, Hao Li, Yantao Su, Xiaoyang Yang, Zhongzhen Wu, Jiaxin Zheng, Xinwei Wang, Yuan Lin, and Feng Pan*
