铜锌锡硫硒矿太阳能电池中持续的双层形成：批判性综述

在铜锌锡硫硒矿（kesterite）CZTSSe 太阳能电池研究中，退火后常获得非对称结晶轮廓，导致双层或双层的吸收层。迄今为止，仅有零散的研究来表征该双层、其形成动力学及其对器件性能的影响。在此，我们综述了关于双层铜锌锡硫硒矿的现有研究并评估所提出的不同机制。利用基于共溅射的方法，我们表明两层在形貌、组成和光电性质上可有显著差异，并以超过 850 个独立 CZTS 太阳能电池的统计数据集补充结果。通过将吸收层厚度从 1000 nm 以上减至 300 nm，我们表明双层偏析被缓解。相应地，我们看到较低厚度下器件性能逐步改善，这本身与已知的超薄 CIGS 太阳能电池情形不一致。通过将结果与在单晶 Si 衬底上生长、无本征 Na 供给的 CZTS 比较，我们表明碱金属供给并不决定双层形成，而仅降低其出现的阈值。相反，我们提出主要形成机制是退火期间 Cu 向表面的早期迁移及 Cu2-xS 相的形成，这是一个类似于 Kirkendall 效应的自调节过程。我们评论所提机制的普适性，将我们的结果与其他合成路线比较，包括我们自己的溶液处理和基于硫化物及氧化物靶的脉冲激光沉积的内部结果。尽管双层出现很大程度上取决于铜锌锡硫硒矿合成路线，决定双层出现的共同因素似乎是前驱体基质中金属 Cu 和/或硫族缺乏的存在。