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研究进展

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武四新教授课题组在Adv. Funct. Mater.上报道液相法制备高效Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的研究进展

来源: origin橘子官网    日期:2020-12-14   浏览次数:

近日,武四新教授课题组在液相法制备高效Cu(In,Ga)Se2(CIGS)领域取得新进展,相关成果以“Controllable Formation of Ordered Vacancy Compound for High Efficiency Solution Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”为题,以全文形式在Advanced Functional Materials上发表(Adv. Funct. Mater. 2020, 2007928)。目前该杂志影响因子为16.836JCR分区一区。文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007928

目前器件效率大于20%CIGS电池通常是通过真空方法制备的。为了降低设备成本、提高原料利用率,从而进一步提升CIGS电池在光伏市场的竞争力,需要发展新的低成本薄膜制备方法。液相法制备薄膜具有成本低、原料利用率高、可以实现卷对卷制备等优点。近年来基于液相法制备的CIGS电池也取得了快速发展,并获得了17.3%的转换效率,与真空法相比仍有一定的差距。研究表明在高效CIGS电池的吸收层表面通常存在一层贫铜组分的有序缺陷化合物(2VCu+InCu,OVC)。OVC相可以极大提高CIGS/CdS异质结质量,从而提升CIGS器件效率。在液相法制备薄膜中,由于无法实现元素在制备过程中的实时调控,难以实现CIGS表面OVC的可控形成,并且目前很少有关于液相法调控OVC相的研究。

在本研究中,通过分析OVC相的形成机理,我们设计了一种在吸收层表面沉积贫铜CIGS化合物的方式,利用在硒化成膜过程中Cu元素的扩散,实现CIGS表面OVC的制备。通过控制硒化温度和有意改变顶层和体相前驱体溶液中的Cu/(In+Ga)化学计量,可以实现Cu(In,Ga)Se2表面OVC相的可控制备(图1)。通过测试分析我们发现表面OVC相提升CIGS电池效率的原因主要来源于以下几点:(1)OVC降低CIGS表面的价带能级位置,形成空穴往缓冲层传输的势垒,抑制载流子在CIGS/CdS的复合。(2)OVC相的形成可以有效降低界面的缺陷浓度。(3)OVC相可以促进载流子的分离和搜集。通过优化OVC相含量,我们制备出了效率达到16.39%CIGS太阳能电池,是目前非肼溶液法CIGS太阳能电池的最高效率。本研究工作对进一步提升液相法CIGS太阳能电池的效率提供了新的研究思路和技术手段。

特种功能材料重点实验室硕士研究生赵云海为论文第一作者,武四新教授和袁胜杰博士为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。



图1. OVC相制备过程示意图



图2. CIGS器件的能带结构示意图


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