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吸收层铜梯度结构构筑提升cztsse太阳能电池器件性能

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吸收层铜梯度结构构筑提升CZTSSe太阳能电池器件性能

第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：赵越超寇东星武四新河南大学特种功能材料教育部重点实验室

在乙二胺-乙二硫醇溶液体系制备的吸收层中存在难以除去的小晶层,小晶粒层的元素成分波动较大,是一个常伴随着不良复合的高电阻层,它的存在不利于电荷输运。不同的硒化方式致使小晶粒层的存在位置存在差异,使得吸收层呈现上层大晶/下层... 详细信息

在乙二胺-乙二硫醇溶液体系制备的吸收层中存在难以除去的小晶层,小晶粒层的元素成分波动较大,是一个常伴随着不良复合的高电阻层,它的存在不利于电荷输运。不同的硒化方式致使小晶粒层的存在位置存在差异,使得吸收层呈现上层大晶/下层小晶的双层结构和上层大晶/中间小晶/下层大晶的三层结构。由于Cu的迁移率高,在整体大晶的体系难以维持,在前面工作中我们发现富硒状态的小晶粒层能够容纳部分Cu,因此通过改变硒化方式,将小晶粒层移至中间,如图1所示制备得到上层大晶/中间小晶/上层大晶的三层结构。构筑的铜梯度依赖于富硒小晶粒层的对Cu扩散存在缓冲作用,借助于小晶层的特性进而维持上层贫铜、底层富铜的铜梯度结构。吸收层底部铜含量较高,有助于形成更大尺寸的晶粒和更多kesterite取向的较优晶膜形态,能够改善薄膜结晶性,增加晶粒尺寸,减少晶界及孔洞的产生,促进吸收层中载流子连续运输,并将有害的晶界效应最小化。提高小晶粒层电子传输性能,提升吸收层底部价带位置,优化Mo背电极与吸收层之间的欧姆接触,降低空穴传递势垒,提升载流子浓度。顶部贫铜结构吸收层能够减少吸收层表面的Cu反位缺陷,使器件兼具贫铜和富铜的优势,同时上层大晶与下层大晶之间的梯铜含量梯度存在所形成载流子浓度梯度使得吸收层与窗口层之间形成类似p-i-n型结构,这就增加了窗口层和cztsse吸收层之间内部电位,电子驱动力增加,减少光生电子因为电子驱动力不足向背电极扩散从而在背电极处复合,以达到提高器件光电性能的目的。最终取得了光电转换效率达到12.54%的cztsse薄膜太阳能电池。

关键词： cztsse 铜梯度电子驱动力背电极载流子复合

Mn掺杂对cztsse薄膜太阳能电池性能的影响

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Mn掺杂对CZTSSe薄膜太阳能电池性能的影响

第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：徐斌卢小双马传贺陈晔孙琳极化材料与器件教育部重点实验室光电科学与工程系信息科学技术学院华东师范大学

铜锌锡硫硒CuZnSn(S, Se)(cztsse)薄膜太阳能电池具有原料储量丰富,成本低廉,绿色环保,带隙可调等诸多优点,是一种理想的薄膜太阳能电池。但是严重的开路电压损失限制了其光电转换效率的大幅提高,使得目前最高效率仅为12.6%。由于Cu和Z... 详细信息

铜锌锡硫硒CuZnSn(S, Se)(cztsse)薄膜太阳能电池具有原料储量丰富,成本低廉,绿色环保,带隙可调等诸多优点,是一种理想的薄膜太阳能电池。但是严重的开路电压损失限制了其光电转换效率的大幅提高,使得目前最高效率仅为12.6%。由于Cu和Zn具有相似的离子半径,Cu/Zn反位缺陷普遍存在于cztsse,而等电子阳离子掺杂则是减少cztsse中阳离子紊乱的一种有效方法。本文采用低成本的溶液旋涂法制备了CuMnZnSn(S,Se)(CMZTSSe)吸收层薄膜,通过离子半径较大的Mn替代离子半径较小的Zn来减小Cu/Zn反位缺陷,从而优化电池性能。研究发现,Mn离子掺杂后,导致cztsse的XRD和Raman峰位发生偏移,吸收层薄膜的小晶粒层厚度明显降低,薄膜的结晶性得到明显改善。通过Mn离子掺杂,器件的各项性能参数均有提升,并得到了转换效率为8.5%(全面积)的CZMTSSe薄膜太阳能电池。

关键词： cztsse Mn2+掺杂 Cu/Zn反位缺陷

聚合物添加剂对cztsse薄膜微结构及电池性能的影响

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聚合物添加剂对CZTSSe薄膜微结构及电池性能的影响

第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：杨刚南阳师范学院

锌黄锡矿结构的CuZnSn(S,Se)(cztsse)薄膜是一种很有发展潜力的薄膜太阳能电池吸收层材料。本文利用绿色、环保的溶胶-凝胶方法结合快速硒化热处理技术成功制备了cztsse薄膜及相关电池器件。研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)添加剂对薄膜性质... 详细信息

锌黄锡矿结构的CuZnSn(S,Se)(cztsse)薄膜是一种很有发展潜力的薄膜太阳能电池吸收层材料。本文利用绿色、环保的溶胶-凝胶方法结合快速硒化热处理技术成功制备了cztsse薄膜及相关电池器件。研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)添加剂对薄膜性质和器件转换效率的影响。实验结果表明,聚合物添加剂对薄膜的晶体结构和元素组成没有明显的影响。但即使添加很少量的添加剂,cztsse薄膜的质量就会受到很大影响。通过向CZTS前躯体溶液中添加1 wt%的PVP聚合物,薄膜的晶粒尺寸和表面平整度都得到很大的提高,同时也改善了cztsse吸收层与CdS缓冲层以及与Mo背电极之间的界面性能。但是过量的PVP添加会使薄膜中出现较厚的小晶粒层。利用添加了1 wt%PVP的cztsse薄膜作为吸收层的电池效率为4.34%,相对未添加PVP的参考电池样品2.24%的效率有很大提高,这主要是归因于光生载流子在界面处的复合减少。以上结果表明通过向分子前躯体溶液中添加高分子聚合物是提高cztsse薄膜微结构以及电池光电转换效率的一种有效途径。

关键词： cztsse PVP 微结构太阳能电池转换效率

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锂掺杂改善cztsse电池器件性能

锂掺杂改善CZTSSe电池器件性能

第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：周家正于晴徐啸段碧雯郭林宝石将建吴会觉罗艳红李冬梅孟庆波中国科学院物理研究所清洁能源实验室

铜锌锡硫硒(CuZnSn(S,Se),cztsse)吸收层材料由于具有高的光吸收系数(>104cm)和与太阳光谱相匹配的禁带宽度(1.0～1.5eV),近年来被广泛研究。然而,较高的开压损耗制约了cztsse电池的效率提升,阳离子无序导致的Cu Zn反位缺陷又是开压损... 详细信息

铜锌锡硫硒(CuZnSn(S,Se),cztsse)吸收层材料由于具有高的光吸收系数(>104cm)和与太阳光谱相匹配的禁带宽度(1.0～1.5eV),近年来被广泛研究。然而,较高的开压损耗制约了cztsse电池的效率提升,阳离子无序导致的Cu Zn反位缺陷又是开压损耗的主要影响因素之一,因此阳离子替位逐渐受到研究者青睐。Li是阳离子替位研究中替位Cu的元素,本研究中我们在DMSO(二甲亚砜)溶液法制备CZTS前驱膜的过程中引入了Li元素。锂盐的加入并没有引起前驱液溶解度的改变。研究发现,Li盐的引入改善了前驱膜的硒化过程,使得硒化膜晶粒尺寸增大、致密、孔洞减少。最终,我们获得了效率为12.16%(无减反膜)的cztsse电池,开压提高了19.6mV。

关键词： cztsse Li-doping

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cztsse太阳能电池研究新动态

宝鸡文理学院学报(自然科学版) 2010年第4期30卷 11-11页

作者：邓珠平

据《美国化学会志》(***.)网站2010年11月19日公布的GUO Qi-jie等人的论文报道[1],美国普渡大学(Purdue University)和华盛顿大学(University of Washington)的化学家合作,设计出低成

关键词：太阳能电池光生伏打电池 cztsse 光强度

11.39%efficiency Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4) solar cells from scrap brass

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SusMat 2022年第2期2卷 206-211页

作者： Yining Pan Chang Yan Xiangyun Zhao Wangxian Chen Kaiwen Sun Qing Wu Liming Ding Fangyang Liu School of Metallurgy and Environment Central South UniversityChangshaP.R.China Information and Network Centre Central South UniversityChangshaP.R.China Center for Excellence in Nanoscience(CAS) Key Laboratory of Nanosystem and Hierarchical Fabrication(CAS)National Center for Nanoscience and TechnologyBeijingP.R.China

Kesterite Cu2ZnSn(S,Se)4(cztsse)is one of the most promising next-generation thin-film photovoltaic materials due to its environmental friendliness and earthabundant constitutions,excellent optoelectronic properties(high absorption coefficient>104/cm and tunable band gap 1.0–1.5 eV)and high theoretical efficiency(32%).1,2 In 2014,12.6%3 efficiency was achieved by the IBM group using the hydrazine *** on the sputtering process,12.62%4 efficiency for cztsse and 12.5%5 efficiency for CZTSe have been achieved in recent ***ever,the highest efficiency has stuck around 12.6%for several ***,a breakthrough with certified 13%power conversion efficiency(PCE)has been demonstrated for cztsse thin-film solar cells,surpassing the dust-covered efficiency record since 2014.3,6 Along with the efficiency advancement of kesterite solar cells,a cost-effective fabrication process with low carbon footprint plays an increasingly important role considering the near-future industrialisation of this kind of solar cell with low energy payback time.

关键词： cztsse kesterite scrap brass

Adjusting the SnZn defects in Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4) absorber layer via Ge^(4+) implanting for efficient kesterite solar cells

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Journal of Energy Chemistry 2021年第10期30卷 1-7,I0001页

作者： Yueqing Deng Zhengji Zhou Xin Zhang Lei Cao Wenhui Zhou Dongxing Kou Yafang Qi Shengjie Yuan Zhi Zheng Sixin Wu Key Lab for Special Functional Materials Ministry of EducationNational and Local Joint Engineering Research Center for High-Efficiency Display and Lighting TechnologyAnd School of MaterialsHenan UniversityKaifeng 475004HenanChina Collaborative Innovation Centre of Nano Functional Materials and Applications HenanChina Key Laboratory for Micro-Nano Energy Storage and Conversion Materials of Henan Province College of Advanced Materials and EnergyInstitute of Surface Micro and Nano MaterialsXuchang UniversityXuchang 461000HenanChina

The development of kesterite photovoltaic solar cells has been hindered by large open-circuit voltage(V_(oc))***,Snzn deep point defect and associative defect cluster have been recognized as the main culprit for the Voc ***,manipulating the deep-level donor of Snzn antisite defects is crucial for breaking through the bottleneck of present Cu_(2) ZnSn(S,Se)_(4)(cztsse)photovoltaic *** this study,the Snzn deep traps in cztsse absorber layer are suppressed by incorporation of *** energy levels and concentration of Snzn defects measured by deep-level transient spectroscopy(DLTS)decrease *** addition,the grain growth of cztsse films is also promoted due to Ge implantation,yielding the high quality absorber ***,the efficiency of cztsse solar cells increases from 9.15%to 11.48%,largely attributed to the 41 mV Voc increment.

关键词： cztsse Defect Absorber layer Solar cells V_(oc)

One-pot hydrothermal synthesis and fabrication of kesterite Cu2ZnSn（S,Se）4 thin films

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Progress in Natural Science:Materials International 2017年第5期27卷 550-555页

作者： Zhengqi Shi Ahalapitiya H.Jayatissa Nanotechnology and MEMS Laboratory Department of MechanicalIndustrialand Manufacturing EngineeringThe University of Toledo

Kesterite Cu2Zn Sn（S,Se）4（cztsse）powder was synthesized by a hydrothermal *** thin films were fabricated by physical vapor deposition of cztsse powder followed by a thermal annealing *** kesterite microstructure was identified by the X-ray diffraction and Raman *** morphology and elemental composition of cztsse thin films were also *** dependence of resistance on the temperature of cztsse film was measured and the thermal activation energy of conductivity was estimated to be 0.33 eV based on Arrhenius plot of resistance versus temperature.A high absorption coefficient(>10～4cm-1)of cztsse was found in the visible and NIR regions of the spectrum.A direct band gap structure with band gap energy of 1.46 eV was also estimated for cztsse *** photoconductivity was measured under both AM 1.5G and NIR illumination and a stable and fully recoverable photoconductivity was observed for both asdeposited and annealed cztsse *** annealed films show a higher photoconductivity than the as-deposited films under both AM 1.5G and NIR lights.

关键词： cztsse Hydrothermal Physical vapor deposition Coating Nanocrystals Photovoltaics

锂/银掺杂调控铜锌锡硫硒太阳能电池光伏特性

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锂/银掺杂调控铜锌锡硫硒太阳能电池光伏特性

作者：刘垚河南大学

学位级别：硕士

锌黄锡矿Cu2ZnSn（S,Se）4（cztsse）薄膜太阳能电池的吸收层材料具有与Cu（In,Ga）Se2（CIGS）相似的晶体结构,因其组成元素储量大,且具有较高光吸收系数（104 cm-1）和带隙可调等优势,被认为是一种理想的吸收层材料。目前,CIGS器件的... 详细信息

锌黄锡矿Cu2ZnSn（S,Se）4（cztsse）薄膜太阳能电池的吸收层材料具有与Cu（In,Ga）Se2（CIGS）相似的晶体结构,因其组成元素储量大,且具有较高光吸收系数（104 cm-1）和带隙可调等优势,被认为是一种理想的吸收层材料。目前,CIGS器件的世界最高认证效率为23.35%,而cztsse器件仅仅为13%,限制cztsse器件发展的最主要原因是较大的开路电压（VOC）损失。在cztsse太阳能电池中,造成VOC损失的本质原因是吸收层体相中的深能级缺陷。cztsse为多元半导体化合物,其组成元素复杂易形成大量的晶体缺陷。其中,SnZn缺陷是cztsse中最主要的深能级施主缺陷,是VOC损失严重的主要原因之一。SnZn缺陷能够在禁带里形成间接的复合中心,产生电子-空穴对的俘获效应,导致载流子复合,降低载流子寿命,造成较大的VOC损失。针对以上问题,本论文主要开展了以下两方面的工作:1、Li掺杂抑制cztsse吸收层中的SnZn深能级缺陷:采用热蒸发法在硒化后的cztsse吸收层薄膜表面热沉积一层LiF,通过后处理（PDT）使Li元素扩散到吸收层中。结果表明吸收层薄膜经LiF-PDT处理后,Li元素成功分布在整个吸收层中。并且Li掺杂后吸收层的晶界电势升高,有利于载流子在晶界处的收集和分离,减少载流子复合,延长载流子扩散长度。DLTS、EIS和TPV测试结果表明Li掺杂有效抑制了 SnZn深能级施主缺陷的形成,延长了载流子寿命,改善非辐射复合。最终,将器件光电转换效率（PCE）由 10.04%提升至 12.18%,VOC 由 444.58 mV 提升至 500 mV。2、Li/Ag共掺杂协同调控cztsse吸收层中的SnZn深能级缺陷:在第一部分工作中,虽然在cztsse中掺Li对SnZn缺陷起到一定抑制效果,但Li元素在吸收层体相的掺杂浓度较低,这会减弱钝化效果。最新理论研究表明将Ag掺入CZTSe中能够降低SnZn缺陷浓度,减少载流子复合。此外,实验研究也表明掺Ag可以有效提升光致发光量子产率（PLQY）、延长器件载流子寿命。因此,本工作在第一部分工作基础上制备Li/Ag共掺杂cztsse吸收层,进一步达到抑制SnZn缺陷的目的。本章工作中仍然采用PDT的实验工艺,在Li掺杂cztsse吸收层薄膜表面热沉积一层AgF,通过后处理使Ag元素扩散到吸收层中,制备出Li/Ag共掺杂cztsse吸收层。通过器件性能对比,确定最优的AgF沉积厚度为10 nm,XRD测试表明Ag元素成功进入到cztsse晶格中,Ag元素呈现出cztsse吸收层/CdS界面含量高、吸收层体相含量低的分布状态。KPFM测试表明Li/Ag共掺杂吸收层的晶界电势升高,这有利于载流子在晶界处的收集与分离,抑制复合。除此之外,Li/Ag共掺杂吸收层表面的价带向下偏移形成空穴势垒,减少cztsse/CdS界面处载流子的复合。从DLTS、EIS和TPV测试结果可知,Li/Ag共掺杂策略有效降低了 cztsse吸收层中的SnZn深能级缺陷浓度和活化能,有利于抑制载流子复合,延长载流子寿命。最终,器件的PCE由12.18%提升至12.58%,VOC由442.81 mV提升至507 mV。

关键词： cztsse 薄膜太阳能电池 Li掺杂 Li/Ag共掺杂 SnZn缺陷