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具有约8%效率的Cu?CdSnS?太阳能电池中的抑制深陷阱与带隙波动

DOI：10.1002/aenm.201902509 期刊：Advanced Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 识别性能限制因素是太阳能电池技术发展中的关键步骤。近年来，基于Cu2ZnSn(S,Se)4的太阳能电池展现出良好的光电转换效率，但其性能仍逊色于其他薄膜太阳能电池。此外，导致这种性能劣势的基本材料特性尚不明确。本文通过比较Cu2ZnSnS4和Cu2CdSnS4的缺陷形成能及光电特性，揭示了深陷阱能级诱导的2CuZn+SnZn缺陷团簇对性能的限制作用。研究表明，在贫铜组分区域用镉替代锌可抑制这些有害缺陷团簇。尽管CuZn+ZnCu与CuCd+CdCu反位缺陷的形成能相近，但镉替代锌还能显著降低带隙波动。对不同Cu/[Cd+Sn]比例的Cu2CdSnS4系列进行详细研究，凸显了贫铜组分（可能通过VCu空位存在）在改善阳离子替代吸收体光电特性方面的重要性。最终展示了一款效率达7.96%的Cu2CdSnS4太阳能电池，这是基于Cu2ZnSnS4的全阳离子替代吸收体中实现的最高效率。
作者： Shreyash Hadke，Sergiu Levcenko，Gopalakrishnan Sai Gautam，Charles J. Hages，José A. Márquez，Victor Izquierdo-Roca，Emily A. Carter，Thomas Unold，Lydia H. Wong
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究深陷阱能级诱导的2CuZn+SnZn缺陷团簇在Cu2ZnSnS4和Cu2CdSnS4太阳能电池中对性能的限制作用，并证明在贫铜组分区域通过用Cd替代Zn可抑制这些缺陷。

研究成果

研究表明，诱导深缺陷能级的2CuZn+SnZn团簇可能是铜锌锡硫硒（kesterite）材料中非辐射复合的主要原因，而采用镉进行阳离子替代为调控该缺陷团簇的形成能提供了有效途径。研究展示了一款效率达7.96%的Cu2CdSnS4太阳能电池，这是基于Cu2ZnSnS4的全阳离子替代吸收层材料中实现的最高效率。

研究不足

该研究受限于异质界面存在的严重非理想性，这可能影响不同铜/[镉+锡]比例的Cu2CdSnS4器件的开路电压。此外，+2位点阳离子取代及其伴随的结构变化对能带隙波动特性的影响，仍需进一步研究以理解铜锌锡硫硒矿材料中的能带隙变化本质。

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