河南大学武四新教授团队连续2篇顶刊报道大幅提高太阳能电池光电转换效率的方法

基于体相缺陷钝化提升Cu(In,Ga)Se2太阳能电池光电转换效率

近期，河南大学材料学院武四新教授课题组的研究成果《High Efficiency CIGS Solar Cells by Bulk Defect Passivation through Ag Substituting Strategy》在ACS Applied Materials & Interfaces上发表。(ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 12717-12726. IF: 8.456，JCR一区)。

Cu(In,Ga)Se2（CIGS）是一种黄铜矿结构的直接带隙半导体，具有带隙可调（1.1-1.7 eV），吸收系数高等优点。CIGS电池最高效率已经达到23.35%，被认为是最有前景的太阳能电池。但是在CIGS吸收层中往往存在InCu或者GaCu等深能级复合中心，造成光生载流子在CIGS体相严重复合，降低其效率。

图1-CIGS器件（Device A)和Ag掺杂CIGS（Device C)的DLTS信号（a）和DLTS信号对应的阿伦依乌斯拟合图（b）,DLTS结果表明主要是InCu和VIn缺陷得到抑制。（c）Ag掺杂CIGS器件15.82%效率的J-V图，（d）CIGS器件的EQE图谱，表明Ag钝化的CIGS吸收层具有良好的光利用特性。

在本工作中，武四新教授研究团队通过简单的液相法，在CIGS体相中引入Ag+离子对体缺陷进行钝化。结果表明Ag+离子成功进入CIGS晶格，并且将InCu深缺陷的浓度从3.45 × 1014(cm−3)降低到6.72 × 1012(cm−3)。同时Ag的引入也极大的改善了薄膜结晶性，消除了小晶粒层，得到了晶粒贯穿薄膜的高质量晶体。基于以上Ag的优点，成功制备出光电转换效率为15.82%的CIGS光伏器件，这是目前非肼溶液法制备的最高水平。本研究工作提供了一种有效的体缺陷钝化方法，对进一步提升CIGS太阳能电池光电转换效率有重要意义。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b21354

通过改善吸收层薄膜结晶性提高光伏器件性能

近期，河南大学武四新教授课题组的研究成果《Enhancing Grain Growth for Efficient Solution-Processed (Cu,Ag)2ZnSn(S,Se)4 Solar Cells Based on Acetate Precursor》在ACS APPLIED MATERIAL & INTERFACES上发表，目前该杂志影响因子为8.456，JCR分区一区。

材料结晶度是决定吸收层材料光电特性和光电器件整体性能的首要因素。然而，在溶液法制备的Cu2ZnSn(S,Se)4吸收层中经常出现双层或者三层结构，增加了光生载流子在晶界处的复合几率，从而严重的破坏了电池性能。

该研究首次将阴离子相关的研究引入到(Cu,Ag)2ZnSn(S,Se)4吸收层材料中。通过采用醋酸盐起始材料代替氧化物起始材料，利用醋酸根离子在后硒化过程中容易挥发的特性，有效的消除了吸收层薄膜的多层分布，得到了晶粒尺寸大，结晶性良好，大晶粒贯穿的吸收层薄膜。研究结果表明吸收层薄膜结晶性的加强有效地抑制了光生载流子在晶界处的复合，降低了吸收层中CuZn反位缺陷的浓度。最终，(Cu,Ag)2ZnSn(S,Se)4太阳能电池的光电转换效率从10.35%（氧化物样品）提高到了11.32%（醋酸盐样品）。该研究成果揭示了阴离子对于溶液法CZTSSe太阳能电池吸收层结晶性的关键作用，这对CZTSSe光伏器件的研究及应用具有重要的指导意义。

来源：综合整理于河南大学材料学院

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c02629

材料化学快讯建立了“二维材料”、“水凝胶”、“光/电催化”、“储能材料”、“纳米发电机”等交流群，添加小编为好友（微信号：Damon_yazi，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请入群。