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GMZO薄膜中价带等离子体激发的研究及其在无缓冲层等离子体增强太阳能电池中的适用性

DOI：10.1016/j.solener.2018.12.017 期刊：Solar Energy 出版年份：2019 更新时间：2025-11-21 11:03:13
摘要： 通过结合消除缓冲层与等离子体增强的透明导电氧化物（TCO）层的方法，引入等离子体增强吸收并减少制备步骤，是实现低成本超薄无缓冲太阳能电池（SCs）的一种极具吸引力的方案。本文报道了一种在掺镓氧化镁锌（GMZO）薄膜中产生宽带溅射激发等离子体特征的新方法，该特征源于不同金属与金属氧化物纳米团簇的形成。通过对光电子能谱、光谱椭偏仪及场发射扫描电镜测量结果的全面分析，评估了GMZO薄膜中的等离子体特征及其与各类纳米团簇的关联。此外，通过以下方式探究了基于等离子体增强GMZO薄膜的无缓冲SCs的适用性与预期性能：1）等离子体增强-GMZO/CIGSe异质结处的带阶分析；2）模拟研究传导带阶（CBO）对无缓冲SCs性能的影响；3）利用不同CBO的GMZO薄膜参数预测无缓冲SC的性能；4）设想具有计算所得CBO和吸收层厚度（300 nm）的超薄无缓冲SC概念。在实验计算得出的带阶与超薄吸收层厚度（300 nm）条件下，理论计算的无缓冲SC性能参数为：开路电压（Voc）0.75 V、短路电流密度（Jsc）17.29 mA/cm2、填充因子（FF）80.5%及效率（Eff）10.46%。
作者： Vivek Garg，Shaibal Mukherjee，Brajendra S. Sengar，Amitesh Kumar，Gaurav Siddhartha，Shailendra Kumar
机构： Hybrid Nanodevice Research Group (HNRG), Electrical Engineering, Indian Institute of Technology Indore, Madhya Pradesh 453552, India，University Grants Commission, Department of Atomic Energy (UGC DAE), Consortium for Scientific Research, Indore, Madhya Pradesh 452017, India
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究掺镓氧化镁锌（GMZO）薄膜中宽带溅射激发等离激元特征的产生及其在无缓冲层等离激元增强太阳能电池中的适用性。

研究成果

该研究证实了GMZO薄膜中等离子体的产生及其对GMZO/吸收体异质结结区特性的积极影响。模拟研究表明，导带最佳位置应比吸收体导带高0.0-0.4电子伏特，这为设计无缓冲层太阳能电池中TCO与吸收体的新型材料组合提供了重要指导方针。

研究不足

技术限制包括：需要可扩展且经济可行的可控纳米结构图案化技术、金属纳米结构中的寄生光吸收问题，以及金属-半导体界面附近增强的载流子复合现象。应用限制则涉及实现具有超薄透明导电氧化物（TCO）的等离激元增强光伏器件的挑战——这类TCO需具备足够低的电阻率和足够高的透射率。

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