【資訊】銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池 | Nature Energy

更新時間：2025-02-17

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　　銅鋅錫硫硒化物(Cu2ZnSn(S,Se)4.簡稱CZTSSe)薄膜太陽能電池因其環保、低成本和高穩定性而受到廣泛關注。純硫化物Cu2ZnSnS4(CZTS)是基于硒的kesterite材料中的重要分支。通過合金化金屬元素(如Cd、Ge或Ag)，CZTS帶隙可以在1.3–2.1 eV范圍內調節。

　　然而，純硫化kesterite電池的光電性能仍面臨重大瓶頸，認證效率多年來仍保持在11%左右。主要限制因素在于開路電壓(VOC)較低。梯度帶隙是緩解這些問題的一種很有前途的方法，但由于圍繞控制元素分布的挑戰，還沒有在鋅黃錫礦太陽能電池中有效地實現。

　　近日，中國科學院物理研究所Kang Yin, Jinlin Wang, Licheng Lou, Fanqi Meng，Jiangjian Shi，羅艷紅Yanhong Luo & 孟慶波Qingbo Meng等，在Nature Energy上發文，提出了一種通過Cd合金化的預結晶策略，成功實現了溶液處理CZTS的梯度帶隙工程。

　　圖1: 預結晶對硫化過程的影響。

　　圖2: 元素和能帶梯度。

　　圖3: 薄膜和器件的光電特性。

　　圖4: 光伏器件的性能。

　　一方面，預結晶策略誘導了CZTS薄膜中的均勻成核，從而減少了薄膜生長過程中強烈的垂直質量傳輸;另一方面，改善了CZTS的初始晶體質量，進而提高了Cd的擴散屏障。這些綜合效應使得在CZTS吸收層中成功實現了顯著的Cd梯度。

　　Cd梯度CZTS具有以導電帶為主導的梯度帶隙，顯著促進了載流子的輸運。Cd豐富的CZTS表面改善了kesterite/CdS的導電帶對準，并減少了界面缺陷。還實現了認證的全面積電池效率為13.16%，并顯著降低了VOC損失，相比于先前的研究結果取得了顯著進展。這些成果標志著純硫化kesterite太陽能電池的一大突破。

　　參考文獻：中國光學期刊網

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