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

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。