【摘 要】
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碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池已经实现了大于22％的光电转化效率,但Cd的毒性和In、Ga元素的稀缺性一定程度限制了其广泛应用,需探索新型无毒、高元素丰度的薄膜太阳能电池.锑基硫族化合物薄膜太阳能电池近年来发展迅速,受到广泛的关注.锑硫硒[Sb2(S,Se)3]合金薄膜,因其带隙在1.1 eV到1.7 eV之间连续可调,覆盖了Shockley-Queisser极限效率对应的最佳带隙(1.3 eV)
【机 构】
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华中科技大学 武汉光电国家研究中心
【出 处】
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第八届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会
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碲化镉和铜铟镓硒薄膜太阳能电池已经实现了大于22％的光电转化效率,但Cd的毒性和In、Ga元素的稀缺性一定程度限制了其广泛应用,需探索新型无毒、高元素丰度的薄膜太阳能电池.锑基硫族化合物薄膜太阳能电池近年来发展迅速,受到广泛的关注.锑硫硒[Sb2(S,Se)3]合金薄膜,因其带隙在1.1 eV到1.7 eV之间连续可调,覆盖了Shockley-Queisser极限效率对应的最佳带隙(1.3 eV),极具研究意义与应用前景.本研究利用双源气相转移沉积(VTD)技术,设计并制备了具有双梯度V型能带的Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池(图1).V型能带具有以下三点优势：(1)PN结附近的宽带隙能够提高接触电势差,进而提高开路电压(VOC)；(2)薄膜中的窄带隙保证了充分的光吸收,从而维持较高短路电流密度(JSC)；(3)背表面的宽带隙则有效抑制光生电子和空穴在背表面复合,提高载流子的收集效率.本研究基于V型能带实现了Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池的JSC和VOC得到同步提高,(JSC为29.6 mA cm-2,VOC为0.46 V),在AM1.5G的光照条件下,光电转化效率可达7.27％.
其他文献
阻碍锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)太阳能电池进一步发展的主要原因是：体相缺陷和电荷提取界面产生的内在复合损失.本文提出一种Ag,Ge双梯度吸收层结构,实现前接触吸收层价带下移和背面接触吸收层导带上移,改善CZTSSe器件性能.实验结果表明,Ag取代Cu能够在p-n结处产生更大的能带弯曲,而Ge取代Sn能够在准中性区内施加一个额外的漂移场.另外,扩散到吸收层中的银离子和锗离子将
目前器件效率大于20％的CIGS电池通常是通过真空方法制备的.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
硒化工艺作为制备高效Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe)太阳能电池的关键因素,近年来受到越来越多的关注.然而,在硒化过程中低活性的硒会形成有害的硒团簇,并在CZTSSe吸收层中积累[1-3].硒团簇的存在不仅降低了CZTSSe吸收层的导电性,而且增加了载流子复合的可能性,从而恶化CZTSSe太阳能电池的光电转换效率[2-3].我们提出使用具备独特萃取性能的SCCO2处理策略[4]来解决硒
对于铜铟镓硒(CIGS)等薄膜多晶异质结太阳能电池,其性能在空间分布上往往具有非均匀特性。来自器件不同层的寄生电阻效应被认为是导致这种非均匀特性的重要因素[1],而若通过实验来检验不同参数的影响,势必造成巨大的时间和资源浪费[2]。因此,本工作基于二维数值模拟工具SPICE,对CIGS电池的寄生电阻效应进行了系统的研究。具体来说,我们首先建立了二维分布式等效电路模型[3]用于模拟实际CIGS电池的
硫化锑Sb2S3是一种新兴的薄膜太阳能电池吸收层材料,由于合适的带隙(～1.7eV)和高吸收系数(1.8×105cm-1)以及元素资源丰富和无毒特性而备受关注[1,2].本课题组采用气相输运沉积法制备了8b2S3薄膜太阳能电池并研究了蒸发源-衬底距离对Sb2S3薄膜太阳能电池性能的影响,实验发现通过优化蒸发源与衬底之间的距离将光电转换效率从0.83％提高到3.02％.图1(a)是制备8b2S3薄膜
铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2,CIGS)薄膜太阳能电池能量转换效率已达到23.35％[1],该电池温度系数低、弱光性能好、抗辐射能力强,是最具潜力的薄膜太阳能电池之一.采用三步共蒸发法制备CIGS薄膜,可形成V型Ga浓度梯度,不仅更充分吸收长波光,形成的背电场也促进了光生载流子分离,提升电池效率[2].本文利用分子束外延设备,在制备有Mo背电极的玻璃基底上,采用三步共蒸发法制备CIGS薄膜.
异质结界面复合是限制CIGS性能提升的关键问题.目前，在CIGS太阳能电池中通常采用化学水浴沉积(CBD)制备的CdS作为n型缓冲层并且其器件效率达到了22.9％，仅次于世界纪录效率(23.35％).因此对CdS进行掺杂，优化CdS特性，改善其与CIGS界面质量有望进一步提高CIGS太阳能电池效率In掺杂CdS是一种有效的提升CdS光电特性的方法.但是In2S3的溶度积常数极低，通过传统的CBD工
在CZTSSe太阳能电池中,Voc损失较大的本质原因可以归结于吸收层体相中的深能级缺陷.其中,SnZn反位缺陷作为最主要的深能级施主缺陷,严重损害了CZTSSe太阳能电池的Voc.SnZn缺陷会在CZTSSe的禁带中形成间接的复合中心,产生电子-俘获效应,降低少数载流子寿命[1-3].此外,SnZn反位缺陷还会和CuZn反位缺陷形成[2CuZn+SnZn]的缺陷簇.这些缺陷簇会引起带隙或静电势的波
Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe)光伏器件的低开路电压(VOC)是制约CZTSSe器件效率提升的关键因素.CdS与CZTSSe之间的能带失配是造成CZTSSe器件中光生载流子界面复合严重,导致开路电压亏损的一个主要原因.本工作中我们使用CBD方法,使Zn部分替代Cd形成均匀致密的Zn1-xCdxS缓冲层薄膜.测试结果表明Zn2+的引入改善了CZTS/CdS界面的能带排列,在异质结界面处
光伏发电的广泛应用为我国发展绿色经济和清洁高效的能源结构提供了新思路.在最近几年时间里,众多新型半导体材料被应用于光伏领域,其中宽带隙、廉价、稳定、无毒的全无机太阳能电池在叠层太阳电池顶电池上表现出巨大的潜力.Sb2S3本身带隙较宽(1.7 eV)、光吸收系数高且具有无毒、廉价等特性,较适合作为太阳能电池的活性层.另外,电子缓冲层具有提高电子的抽取和阻挡空穴的作用,且由于TiO2材料具有环境友好的