量子调节CuZn 在Cu2ZnSnS4中的抗石缺陷通过Cd2+替换
Qiang Zhu1, Hanyu Tong1, Hai Ma1
1Key Laboratory of Polar Materials and Devices (MOE), Department of Electronics, East China Normal University, Shanghai 200241, P. R. China.
铜硫化 (CZTS) 太阳能电池中的 (Cd) 替代有效减少有害缺陷,抑制带尾和改善光伏性能. 这种缺陷工程策略通过减轻阴离子乱来提高太阳能电池的效率.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
背景情况:
- 阴离子障碍,特别是CuZn抗体缺陷,导致Cu2ZnSnS4 (CZTS) 太阳能电池中带尾和电压损失.
- 了解和减轻这些缺陷对于提高CZTS太阳能电池性能至关重要.
研究的目的:
- 研究 (Zn2+) 位点 (Cd2+) 替代对CZTS吸收特性的影响.
- 分析Cd结合对微观结构,缺陷特征和光伏性能的影响.
主要方法:
- 对Cd替代的CZTS吸收器进行系统调查.
- 使用像X射线衍射 (XRD) 和电子显微镜等技术进行微结构分析.
- 通过从外部量子效率 (EQE) 光谱中提取Urbach能量,电容-电压 (C-V) 分析,驱动级电容分析 (DLCP) 和取决于温度的入口光谱来进行缺陷表征.
主要成果:
- 适度的Cd结合导致了格子扩张,谷物生长,以及一个没有二次相的紧的柱状微观结构.
- Cd替换降低了Urbach能量 (从29.2到24.4 meV),表明抑制了带尾和能量障碍.
- 大量和接口缺陷密度的显著降低,包括CuZn抗地缺陷从1.16 × 1016降低到4.21 × 1015cm-3.
- 增强载体传输,减轻费米级固定,以及Cd-3装置的8.53%的最大功率转换效率.
结论:
- 嵌入CD是一种有效的策略,用于Kesterite吸收器的缺陷工程.
- 通过Cd替代减轻阴离子乱,可以显著提高CZTS太阳能电池的光伏性能.
- 这项研究提供了对CZTS材料缺陷调节机制的定量见解.
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