研究目的
研究S/(S+Se)比例对水基喷雾热解法制备CZTSSe太阳能电池效率的影响。
研究成果
通过环保、低成本且易于放大的水相CSP法制备出了高效CZTSSe太阳能电池。我们系统研究了S与Se比例在CZTSSe太阳能电池中的关键作用,揭示了其对器件效率的影响机制。研究发现:不同S/(S+Se)比例会导致不同的光电转换效率限制因素——当CZTSSe吸收层中S合金化过量(S/(S+Se)≥40%)时,会形成更深能级缺陷,通过产生非辐射复合中心大幅限制电流密度;而低S合金化(Se/(S+Se)≥80%)或无S合金化的CZTSSe电池则在吸收层与缓冲层间呈现更大的尖峰型导带偏移(CBO),这在红色拐点的J-V曲线中得到证实。通过精确调控S/(S+Se)比例可显著提升器件效率:基础CZTSe器件效率从7.02%提升至10.04%,开路电压损耗降低达616 mV,填充因子从56.42%增至62.38%。鉴于开路电压损耗源于CZTSSe吸收层的能带尾态和电势波动,其电子薄膜质量已达到12.6%冠军电池的CZTSSe吸收层水平。研究同时证实,纯水基溶液加工法可获得与其他有毒高价溶液法具有相当竞争力的高质量铜锌锡硫硒(kesterite CZTSSe)材料。
研究不足
该研究仅限于探讨S/(S+Se)比例对采用水基喷雾热解法制备的CZTSSe太阳能电池效率的影响。研究未涉及其他制备方法,也未探究其他参数对CZTSSe太阳能电池效率的影响。
1:实验设计与方法选择:
制备CZTSSe薄膜的前驱体溶液是将氯化铜(CuCl2)、氯化锌(ZnCl2)、氯化锡(SnCl2)和硫脲(CS(NH2)2)粉末按
2:2)、氯化锌(ZnCl2)、氯化锡(SnCl2)和硫脲(CS(NH2)2)粉末按
1.7:
3:
1:10的摩尔比混合于50毫升去离子水中,在室温下搅拌1小时获得透明溶液。随后加入0.5毫升37%浓盐酸调节pH值,最终将水溶液喷涂在预先用加热板加热至330°C的镀钼钠钙玻璃上。沉积后的薄膜在含有不同比例硫硒混合粉末的矩形石墨盒中于550°C退火30分钟。CdS缓冲层采用化学水浴法(CBD)在76°C下持续搅拌10分钟制备。沉积CdS缓冲层前未进行蚀刻处理。之后通过射频磁控溅射依次沉积本征氧化锌(i-ZnO/~50 nm)和氧化铟锡(ITO/~150 nm)透明导电顶层。最终机械划刻出总面积约0.16~0.18 cm2的太阳能电池,未使用减反射涂层和Ni/Al栅线。
4:5毫升37%浓盐酸调节pH值,最终将水溶液喷涂在预先用加热板加热至330°C的镀钼钠钙玻璃上。沉积后的薄膜在含有不同比例硫硒混合粉末的矩形石墨盒中于550°C退火30分钟。CdS缓冲层采用化学水浴法(CBD)在76°C下持续搅拌10分钟制备。沉积CdS缓冲层前未进行蚀刻处理。之后通过射频磁控溅射依次沉积本征氧化锌(i-ZnO/~50 nm)和氧化铟锡(ITO/~150 nm)透明导电顶层。最终机械划刻出总面积约16~18 cm2的太阳能电池,未使用减反射涂层和Ni/Al栅线。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:样品根据S/(S+Se)比例选取(范围0-0.99)。数据来源包括场发射扫描电镜(FESEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、J-V特性曲线、外量子效率(EQE)测量、J-V-T测量、电学吸收谱(AS)和瞬态光致发光(TR-PL)测量。
5:99)。数据来源包括场发射扫描电镜(FESEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、J-V特性曲线、外量子效率(EQE)测量、J-V-T测量、电学吸收谱(AS)和瞬态光致发光(TR-PL)测量。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:配备能谱仪(EDS)的场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射系统(XRD)、拉曼光谱系统(含532 nm激发波长激光器)、太阳光模拟器、源表计(Keithley 2400)、EQE测试系统、LCR测试仪、荧光寿命谱仪和MicroTime 100荧光寿命成像系统。
6:0)、EQE测试系统、LCR测试仪、荧光寿命谱仪和MicroTime 100荧光寿命成像系统。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:包括前驱体溶液配制、喷涂沉积、退火处理、CdS缓冲层沉积、i-ZnO/ITO透明导电层制备及多种表征技术测试。
7:数据分析方法:
包含XRD峰位分析、拉曼光谱分析、J-V曲线解析、EQE光谱分析、温度依赖性分析、电学吸收谱分析和瞬态光致发光分析。
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