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研究进展

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武四新教授课题组在ACS Appl. Mater. Inter.上发表局域Cu组分调控改善Cu2ZnSn(S,Se)4太阳能电池电荷传输的研究成果


来源: 2021欧洲杯买球app    日期:2021-01-18   

近期,武四新教授课题组的研究成果《Local Cu Component Engineering to Achieve Continuous Carrier Transport for Enhanced Kesterite Solar Cells》在ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Inter., 2021, 13, 795−805)上发表。目前该杂志影响因子为8.758JCR分区一区,文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c21008

由于锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)材料的相区较窄,通常使用贫铜组分的吸收层结构设计避免吸收层内部杂相的产生。目前贫铜结构器件获得了最高的记录效率,但由于该结构准中性区电荷传输能力较差且背界面电荷复合严重,导致性能进一步提升的空间有限。相对而言,富铜结构的吸收层具有良好的电荷传输性能,可以弥补贫铜吸收层的不足。然而,其表面费米能级钉扎及电荷复合较大,引起的器件性能衰减更加严重。基于贫铜组分在前界面以及富铜组分在背界面的优势,我们设计了一种三层(大晶粒/小晶粒/大晶粒)的铜梯度吸收层结构,底部铜含量较高而表面铜含量较低。较高的铜浓度可以增加载流子浓度,通过构筑载流子浓度梯度改善电荷传输驱动力。同时,高铜组分可以使吸收层价带上移,降低空穴的注入势垒,从而降低背界面复合。顶部的贫铜结构减缓了表面的费米能级钉扎并有利于界面能带弯曲的保持。最终,铜梯度吸收层优良的电学性能使器件效率达到12.54%,该效率是目前胺-硫醇体系的最高效率,对于后续铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的界面性能改善及吸收层结构优化具有重要的意义。

特种功能材料重点实验室硕士生赵越超和赵祥云为论文共同第一作者,武四新教授和寇东星副教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和2021欧洲杯买球app的大力支持。



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