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

作     者：钟建成 张笑天 林常青 薛阳 唐欢 黄丹 Zhong Jian-Cheng;Zhang Xiao-Tian;Lin Chang-Qing;Xue Yang;Tang Huan;Huang Dan

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.