Silicon heterojunction solar cells consist of crystalline silicon (c-Si) wafers coated with doped/intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) bilayers for passivating-contact formation. Here, we unambiguously demonstrate that carrier injection either due to light soaking or (dark) forward-voltage bias increases the open circuit voltage and fill factor of finished cells, leading to a conversion efficiency gain of up to 0.3% absolute. This phenomenon contrasts markedly with the light-induced degradation known for thin-film a-Si:H solar cells. We associate our performance gain with an increase in surface passivation, which we find is specific to doped a-Si:H/c-Si structures. Our experiments suggest that this improvement originates from a reduced density of recombination-active interface states. To understand the time dependence of the observed phenomena, a kinetic model is presented.

1.
A.
Shah
,
P.
Torres
,
R.
Tscharner
,
N.
Wyrsch
, and
H.
Keppner
,
Science
285
,
692
(
1999
).
2.
R. A.
Street
,
Adv. Mater.
21
,
2007
(
2009
).
3.
B. M.
George
,
J.
Behrends
,
A.
Schnegg
,
T. F.
Schulze
,
M.
Fehr
,
L.
Korte
,
B.
Rech
,
K.
Lips
,
M.
Rohrmueller
,
E.
Rauls
,
W. G.
Schmidt
, and
U.
Gerstmann
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
136803
(
2013
).
4.
H.
Fujiwara
and
M.
Kondo
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
013503
(
2007
).
5.
S.
De Wolf
and
M.
Kondo
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
042111
(
2007
).
6.
J.
Geissbuehler
,
S.
De Wolf
,
B.
Demaurex
,
J. P.
Seif
,
D. T. L.
Alexander
,
L.
Barraud
, and
C.
Ballif
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
231604
(
2013
).
7.
S.
De Wolf
,
S.
Olibet
, and
C.
Ballif
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
032101
(
2008
).
8.
S.
De Wolf
,
C.
Ballif
, and
M.
Kondo
,
Phys. Rev. B
85
,
113302
(
2012
).
9.
K.
Masuko
,
M.
Shigematsu
,
T.
Hashiguchi
,
D.
Fujishima
,
M.
Kai
,
N.
Yoshimura
,
T.
Yamaguchi
,
Y.
Ichihashi
,
T.
Mishima
,
N.
Matsubara
,
T.
Yamanishi
,
T.
Takahama
,
M.
Taguchi
,
E.
Maruyama
, and
S.
Okamoto
,
IEEE J. Photovoltaics
4
(
6
),
1433
(
2014
).
10.
M.
Taguchi
,
A.
Yano
,
S.
Tohoda
,
K.
Matsuyama
,
Y.
Nakamura
,
T.
Nishiwaki
,
K.
Fujita
, and
E.
Maruyama
,
IEEE J. Photovoltaics
4
(
1
),
96
(
2014
).
11.
J.
Geissbühler
,
J.
Werner
,
S.
Martin de Nicolas
,
L.
Barraud
,
A.
Hessler-Wyser
,
M.
Despeisse
,
S.
Nicolay
,
A.
Tomasi
,
B.
Niesen
,
S.
De Wolf
, and
C.
Ballif
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
081601
(
2015
).
12.
J.
Holovský
,
S.
De Wolf
,
P.
Jiříček
, and
C.
Ballif
,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
073108
(
2015
).
13.
T.
Battaglia
,
S.
Martin de Nicolas
,
S.
De Wolf
,
X.
Yin
,
M.
Zheng
,
C.
Ballif
, and
A.
Javey
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
113902
(
2014
).
14.
M.
Filipič
,
Z. C.
Holman
,
F.
Smole
,
S.
De Wolf
,
C.
Ballif
, and
M.
Topič
,
J. Appl. Phys.
114
,
074504
(
2013
).
15.
M.
Boccard
and
Z. C.
Holman
,
J. Appl. Phys.
118
,
065704
(
2015
).
16.
R.
Vasudevan
,
Z.
Thanawala
,
L.
Han
,
T.
Buijs
,
H.
Tan
,
D.
Deligiannis
,
P.
Perez-Rodriguez
,
I. A.
Digdaya
,
W. A.
Smith
,
M.
Zeman
, and
A. H. M.
Smets
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
150
,
82
(
2016
).
17.
O.
Maslova
,
A.
Brézard-Oudot
,
M. E.
Gueunier-Farret
,
J.
Alvarez
,
W.
Favre
,
D.
Muñoz
, and
J. P.
Kleider
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
183907
(
2013
).
18.
Q.
Wang
,
M. R.
Page
,
E.
Iwaniczko
,
Y.
Xu
,
L.
Roybal
,
R.
Bauer
,
B.
To
,
H.-C.
Yuan
,
A.
Duda
,
F.
Hasoon
,
Y. F.
Yan
,
D.
Levi
,
D.
Meier
,
H. M.
Branz
, and
T. H.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
013507
(
2010
).
19.
J. V.
Li
,
R. S.
Crandall
,
D. L.
Young
,
M. R.
Page
,
E.
Iwaniczko
, and
Q.
Wang
,
J. Appl. Phys.
110
,
114502
(
2011
).
20.
H.
Uzu
,
M.
Ichikawa
,
M.
Hino
,
K.
Nakano
,
T.
Meguro
,
J. L.
Hernández
,
H.-S.
Kim
,
N.-G.
Park
, and
K.
Yamamoto
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
013506
(
2015
).
21.
E.
Kobayashi
,
Y.
Watabe
,
R.
Hao
, and
T. S.
Ravi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
223504
(
2015
).
22.
E.
Kobayashi
,
Y.
Watabe
,
R.
Hao
, and
T. S.
Ravi
,
Prog. Photovoltaics
24
,
1295
(
2016
).
23.
New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) and Kaneka Corporation
, http://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100109.html for “World's Highest Conversion Efficiency of 26.33% Achieved in a Crystalline Silicon Solar Cell—A World First in a Practical Cell Size,”
2016
.
24.
S. W.
Glunz
,
S.
Rein
,
J. Y.
Lee
, and
W.
Warta
,
J. Appl. Phys.
90
,
2397
(
2001
).
25.
J.
Schmidt
and
K.
Bothe
,
Phys. Rev. B
69
,
024107
(
2004
).
26.
H.
Dersch
,
J.
Stuke
, and
J.
Beichler
,
Appl. Phys. Lett.
38
,
456
(
1981
).
27.
D. L.
Staebler
and
C. R.
Wronski
,
Appl. Phys. Lett.
31
,
292
(
1977
).
28.
M.
Stutzmann
,
W. B.
Jackson
, and
C. C.
Tsai
,
Phys. Rev. B
32
,
23
(
1985
).
29.
H. M.
Branz
and
M.
Silver
,
Phys. Rev. B
42
,
7420
(
1990
).
30.
D.
Redfield
and
R. H.
Bube
,
Phys. Rev. Lett.
65
,
464
(
1990
).
31.
M.
Stuckelberger
,
M.
Despeisse
,
G.
Bugnon
,
J.-W.
Schüttauf
,
F.-J.
Haug
, and
C.
Ballif
,
J. Appl. Phys.
114
,
154509
(
2013
).
32.
H.
Plagwitz
,
B.
Terheiden
, and
R.
Brendel
,
J. Appl. Phys.
103
,
094506
(
2008
).
33.
S.
De Wolf
,
B.
Demaurex
,
A.
Descoeudres
, and
C.
Ballif
,
Phys. Rev. B
83
,
233301
(
2011
).
34.
E. M.
El Mhamdi
,
J.
Holovsky
,
B.
Demaurex
,
C.
Ballif
, and
S.
De Wolf
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
252108
(
2014
).
35.
P.
Mahtani
,
R.
Varache
,
B.
Jovet
,
C.
Longeaud
,
J.-P.
Kleider
, and
N. P.
Kherani
,
J. Appl. Phys.
114
,
124503
(
2013
).
36.
R. A.
Sinton
and
A.
Cuevas
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
2510
(
1996
).
37.
S.
De Wolf
and
M.
Kondo
,
J. Appl. Phys.
105
,
103707
(
2009
).
38.
S.
Olibet
,
E.
Vallat-Sauvain
, and
C.
Ballif
,
Phys. Rev. B
76
,
035326
(
2007
).
39.
A.
Richter
,
S. W.
Glunz
,
F.
Werner
,
J.
Schmidt
, and
A.
Cuevas
,
Phys. Rev. B
86
,
165202
(
2012
).
40.
M.
Stutzmann
,
W. B.
Jackson
, and
C. C.
Tsai
,
Appl. Phys. Lett.
45
,
1075
(
1984
).
41.
G.
Agostinelli
,
A.
Delabie
,
P.
Vitanov
,
Z.
Alexieva
,
H. F. W.
Dekkers
,
S.
De Wolf
, and
G.
Beaucarne
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
90
,
3438
(
2006
).
42.
B.
Liao
,
R.
Stangl
,
T.
Mueller
,
F.
Lin
,
C. S.
Bhatia
, and
B.
Hoex
,
J. Appl. Phys.
113
,
024509
(
2013
).
43.
J. G.
Mihaychuk
,
J.
Bloch
,
Y.
Liu
, and
H. M.
Van Driel
,
Opt. Lett.
20
,
2063
(
1995
).
44.
D. A.
Mehta
,
J. Appl. Phys.
43
,
4631
(
1972
).
45.
M.
Stutzmann
,
Philos. Mag. B
60
,
531
(
1989
).
46.
A.
Scuto
,
L.
Valenti
,
S.
Pierro
,
M.
Foti
,
C.
Gerardi
,
A.
Battaglia
, and
S.
Lombardo
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
141
,
203
(
2015
).
You do not currently have access to this content.