带对齐工程和Cu₂ZnSnS₄/Ag₂/ZnSnS₄基于太阳能电池的性能预测,使用第一原则计算和SCAPS-1D设备模拟

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:

• 铜锡硫化物 (CZTS) 是太阳能电池吸收层的一个有希望的,地球上丰富的,无毒的材料.
• 银锡硫化物 (AZTS) 通过元素替代提供了替代的吸收材料.
• 在新型太阳能电池架构中,CdSe和ZnSe被探索为缓冲层.

研究的目的:

• 研究CZTS和AZTS作为先进薄膜太阳能电池中的吸收材料.
• 优化太阳能电池参数,包括电子亲和力 (χ),层厚度和缺陷密度,以获得最大的效率.
• 引入和评估一种新型太阳能电池设备结构,其中包含一个CZTSe后面表面场 (BSF) 层.

主要方法:

• 密度函数理论 (DFT) 用于计算电子属性和预测电子亲和力 (χ).
• 表面模型是用来分析半导体终端的.
• 使用太阳能电池容量模拟器 (SCAPS-1D) 来优化设备参数并模拟性能.

主要成果:

• 在BSF和缓冲层 χ值分别为4.2 eV和4.3 eV时,实现了最佳的频段对齐.
• 吸收层厚度为1300nm,缺陷密度为10^12cm^-3 (散装) 和10^13cm^-2 (接口),被认为是最佳的.
• 新的ZnO/CdSe/AZTS/CZTSe/Mo太阳能电池配置实现了23.60%的峰值功率转换效率 (PCE).

结论:

• 这项研究证明了AZTS和CZTSe在高效薄膜太阳能电池中的潜力.
• 优化带线对齐和最小化缺陷密度对于最大限度地提高太阳能电池性能至关重要.
• 拟议的设备结构为推进下一代光伏技术提供了可行的途径.