Sn4+ 前驱体实现基于 DMSO 溶液、开路电压亏缺低于 0.30 V 的 12.4% 效率铜锌锡硫硒矿太阳能电池
应用物理
2020-05-25 v1 化学物理
摘要
阻碍铜锌锡硫硒矿（CZTSSe）薄膜太阳能电池性能进一步提升的限制因素是大开路电压亏缺（Voc,def）问题，当前世界纪录器件效率为 12.6%，其 Voc,def 为 0.345 V。本工作中，分别使用 SnCl4 和 SnCl2·2H2O 作为锡前驱体，研究二甲基亚砜（DMSO）溶液加工的 CZTSSe 太阳能电池的 Voc,def 问题。锡化合物与硫脲和 DMSO 的不同络合导致从溶液到吸收层材料的不同反应路径，从而光伏性能差异显著。Sn2+ 与 Tu 的配位导致前驱体薄膜中形成 SnS、ZnS 和 Cu2S，其先转化为硒化物再融合为 CZTSSe，造成薄膜质量与器件性能较差。该薄膜获得的最高效率为 8.84%，Voc,def 为 0.391 V。Sn4+ 与 DMSO 的配位促进前驱体薄膜中直接形成铜锌锡硫矿 CZTS 相，在硒化过程中直接转化为 CZTSSe，从而得到组分均匀的吸收层和高器件性能。由 Sn4+ 溶液加工的吸收层实现了活性面积效率 12.2%、Voc,def 为 0.344 V 的器件。此外，CZTSSe/CdS 异质结热处理（JHT）显著提升了 Sn4+ 器件性能，对 Sn2+ 器件则有轻微负面影响。由 Sn4+ 溶液获得了总面积效率 12.4%（活性面积效率 13.6%）、低 Voc,def 为 0.297 V 的冠军 CZTSSe 太阳能电池。我们的结果表明，Sn4+ 前驱体实现的预成型均匀铜锌锡硫硒矿相是获得高效铜锌锡硫硒矿吸收层材料的关键。此处实现的最低 Voc,def 与高效率为该太阳能电池的未来带来了新曙光。
引用
@article{arxiv.2005.11070,
title = {Sn4+ Precursor Enables 12.4% Efficient Kesterite Solar Cell from DMSO Solution with Open Circuit Voltage Deficit Below 0.30 V},
author = {Yuancai Gong and Yifan Zhang and Erin Jedlicka and Rajiv Giridharagopal and James A. Clark and Weibo Yan and Chuanyou Niu and Ruichan Qiu and Jingjing Jiang and Shaotang Yu and Sanping Wu and Hugh W. Hillhouse and David S. Ginger and Wei Huang and Hao Xin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.11070},
year = {2020}
}
备注
10 pages,3 figures