增强载体采集在基于Cd/In的双缓冲器中的Kesterite薄膜太阳能电池中,来自纳米粒子墨水

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 可再生能源可再生能源是可再生能源.
• 半导体物理 半导体物理

背景情况:

• 由于在吸收器/缓冲器接口的开放电路电压 (V_OC) 限制缺陷,Kesterite Cu₂ZnSn(S,Se) ₄ (CZTSSe) 太阳能电池在功率转换效率 (PCE) 上面临着挑战.
• 以前使用In₂S₃作为缓冲层的尝试改善了兴奋剂和带对齐,但引入了有害的光活性缺陷,否定了V_OC的收益.

研究的目的:

• 研究使用新型混合/ (Cd/In) 双缓冲层提高CZTSSe太阳能电池的性能.
• 分析双缓冲对重组机制,载体收集和整体设备效率的影响.

主要方法:

• 使用标准CdS缓冲器,CdS-In₂S₃混合缓冲器和CdS-In₂S₃混合缓冲器制造CZTSSe太阳能电池.
• 使用双二极管模型进行电流密度-电压 (J-V) 分析,以评估准中性 (QNR) 和空间电荷区域 (SCR) 的重组.
• 使用能量散射X射线 (EDX),二次离子质谱 (SIMS) 和放牧发射X射线衍射 (GIXRD) 的组合分析.
• 电子束诱导电流 (EBIC) 测量以评估在p-n交叉点附近的载波生成和收集.

主要成果:

• 混合Cd/In双缓冲器 (特别是CZTSSe-CdS-In₂S₃) 与标准CdS设备相比,PCE的平均相对增加为11.5%.
• 对于CZTSSe-CdS-In₂S₃装置,在QNR和SCR中观察到减少的重组电流,与短路电流密度 (J_SC) 平均增加9.0%相关.
• 组合分析表明In和Cd扩散到具有混合缓冲器的CZTSSe吸收器中,在CZTSSe-CdS-In₂S₃装置中增强Cd扩散,有助于改进载体收集和J_SC.

结论:

• 混合Cd/In双缓冲器,特别是CdS-In₂S₃配置,有效地减轻了CZTSSe太阳能电池中的重组损失.
• 增强的Cd扩散,加上优化的热处理,在促进载体提取和短路电流方面发挥着至关重要的作用.
• 预计混合缓冲器热处理的进一步优化将使CZTSSe太阳能电池性能得到更大的改善.