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一种实现高效五元Cu(In,Ga)(Se,S)?薄膜太阳能组件的路径探索

DOI：10.1016/j.ijleo.2018.10.154 期刊：Optik 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 研究调查了最先进的铜铟镓硒硫（Cu(In,Ga)(Se,S)?）薄膜太阳能组件技术中最佳的p-n结结构。为进行协同优化设计与路径探索，基于实验样品开发了TCAD模型?？傻骺夭问碏Ga、GGIavg和CdS厚度）被证实对决定p-n结特性（如暗电流特性Jdark(V)、电压依赖性光电流、局域载流子收集效率及界面载流子传输）具有关键作用。研究表明：最佳Ga梯度由空间电荷区复合损耗与准中性区光生载流子收集之间的权衡决定；最佳CdS厚度则取决于载流子收集效率、短路电流(JSC)损耗与受不同Ga分布影响的Jdark(V)之间的平衡。总体而言，薄CdS层（≤10 nm）适用于减少高Ga浓度累积分布下的JSC损耗，而厚CdS层更利于提升平缓Ga分布中的载流子收集效率。同时研究了能带排列效应对不同Cu(In,Ga)(Se,S)?/CdS结的影响，发现硫掺杂可抑制宽带隙材料的开路电压饱和现象。对于SS=20%且DP=15%的CIGSeS吸收层，通过协同优化的Ga分布可实现780 mV的最大开路电压。此外还探索了不同Ga分布与CdS缓冲层的路径方案，最优p-n结结构使效率相对提升+40%（从15.5%增至21.9%）。本工作通过协同优化CIGSeS组分梯度和缓冲层，揭示了现有CIGSeS薄膜太阳能组件技术的效率提升潜力。
作者： Chien-Yao Huang，Parag Parashar，Hao-Ming Chou，Yi-Shiuan Lin，Albert Lin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过共优化组分梯度和缓冲层研究Cu(In,Ga)(Se,S)?薄膜太阳能组件中p-n结的最佳结构以提高效率。

研究成果

铜铟镓硒硫（CIGSeS）太阳能组件中镓分布轮廓与硫化镉缓冲层的协同优化可显著提升效率，最佳结构实现从15.5%到21.9%的40%相对效率增长。关键因素涉及复合损耗、载流子收集与能带匹配的权衡，凸显了未来高效太阳能电池定制化组分梯度与缓冲层厚度的重要性。

研究不足

该研究依赖于通过实验数据校准的模拟模型，可能无法涵盖所有现实变化。研究聚焦于特定的硫掺杂（SS=20%，DP=15%），限制了其对其他成分的普适性。最优结构为理论推导，在实际应用中可能面临制造挑战。

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