铜锌锡硫硒太阳能电池(CZTSSe)作为一种新型薄膜太阳能电池,因其吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉,具有很大的发展潜力,受到越来越多关注。
研究人员近年来在铜基薄膜太阳能电池方面开展了系统研究,在高质量铜锌锡硫硒薄膜制备、界面调控、器件载流子动力学和电池效率提升等方面取得了系列研究成果。研究人员基于二甲亚砜(DMSO)体系首次揭示了多层结晶的产生机制,并发展了一种简单、有效的方法抑制多层结晶的形成,获得了高质量CZTSSe单层结晶,所制备的CZTSSe电池认证效率为11.7%;发展了一种环境友好的水溶液体系,探索了小分子配体与金属离子相互作用对前驱膜、硒化膜晶体生长,薄膜微结构及器件性能的影响,获得了12.8%的电池认证效率。
该团队针对CZTSSe电池较大开压损耗制约电池性能提升的问题,发展了一种可以同时调控背界面和吸收层体相缺陷的有效策略。研究表明,在Mo基底上引入GeO2,在硒化过程中一部分Ge元素扩散到CZTSSe吸收层中,形成Ge掺杂的吸收层,不仅显著降低了缺陷密度和带尾态,还提高了空穴浓度,促进准费米能级分裂。另一方面,少量Ge元素参与了背界面处MoSe2的形成,增大了MoSe2功函数,有效分离光生载流子。基于这种Ge双向扩散策略,研究人员所制备的CZTSSe太阳能电池实现了13.14%光电转换效率和较高开路电压VOC(547 mV),且认证效率为12.8%,是迄今报道的基于Ge掺杂/合金CZTSSe太阳能电池的最高效率。该工作提供了一种新颖的、简单易行的协同调控方法,提高了CZTSSe太阳能电池性能,特别是降低开路电压损耗。