全黄铜矿CuGaSe_(2)/CuInSe_(2)两端叠层太阳能电池的顶端设计与优化
Top cell design and optimization of all-chalcopyrite CuGaSe_(2)/CuInSe_(2) two-terminal tandem solar cells作者机构:广西大学物理科学与工程技术学院南宁530004 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室桂林541004
出 版 物:《物理学报》 (Acta Physica Sinica)
年 卷 期:2024年第73卷第10期
页 面:72-87页
核心收录:
学科分类:08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 0702[理学-物理学]
基 金:国家自然科学基金(批准号:61964002) 广西自然科学基金(批准号:ZY23055002) 广西精密导航技术与应用重点实验室(批准号:DH202316)资助的课题
主 题:第一性原理计算 SCAPS-1D p型吸收层材料CuGaSe_(2) 叠层太阳能电池
摘 要:近年来单结太阳能电池的光电转换效率逐步提高,但其最高效率受到Shockley-Queisser (SQ)极限的限制.为了超越SQ极限,学者们提出了叠层太阳能电池.本工作结合第一性原理计算和SCAPS-1D器件模拟对黄铜矿化合物CuGaSe_(2)/CuInSe_(2)叠层太阳能电池进行了系统的理论研究.首先通过第一性原理计算获取了CuGaSe_(2) (CGS)的微观电子结构、缺陷特性及对应的宏观性能参数,作为后续器件模拟CGS太阳能电池的输入参数.随后采用SCAPS-1D软件分别对单结CGS与CuInSe_(2) (CIS)太阳能电池进行了仿真模拟.单结CIS太阳能电池的模拟结果与实验值具有良好的一致性.对单结CGS电池而言,在短路电流(J_(sc))最高的生长环境下进一步模拟发现,将电子传输层(ETL)换为ZnSe后可提高CGS太阳能电池的开路电压(V_(oc))和PCE.最后,将优化后的CGS与CIS太阳能电池进行了两端(2T)单片串联的器件模拟,结果显示在生长环境为富Cu、富Ga、贫Se,生长温度为700 K时,2T单片CGS/CIS叠层太阳能电池的PCE最高为28.91%,高于当前最高的单结太阳能电池效率,展现出良好的应用前景.