高效 Cu$_{1-x}$K$_x$InSe$_2$ 太阳能电池中 K 的表面与体效应
介观与纳米尺度物理
2017-04-06 v1
摘要
为了增进对 Cu(In,Ga)(Se,S)2 (CIGS) 光伏 (PV) 吸收层中 K 键合的认识，最近的 Cu-K-In-Se 相生长研究已扩展到 PV 性能。首先，研究了在低 K/(K+Cu) 组分 (0 <= x <= 0.30) 下将 K 分布在整个体相 Cu1-xKxInSe2 吸收层中的效应。对于 x ~ 0.07，效率、开路电压 (VOC) 和填充因子 (FF) 大幅提升，从而实现了官方测量的 15.0% 效率的太阳能电池，与 CuInSe2 世界纪录效率相匹配。改进是由于相对于 CuInSe2 (x ~ 0) 减少了界面和体相复合。然而，相对于 x ~ 0 基线，更高的 x 组分由于界面复合大幅增加而导致效率、短路电流密度 (JSC) 和 FF 降低。接下来，研究了在高 K/(K+Cu) 组分 (0.30 <= x <= 0.92) 下将 K 限制在吸收层/缓冲层界面的效应。先前的工作表明，这些表面层生长条件产生了具有大相分数 KInSe2 的 CuInSe2。经过优化（具有 x ~ 0.41 的 75 nm 表面层），这些 KInSe2 表面样品由于界面复合减少而表现出效率（官方 14.9%）、VOC 和 FF 提高。KInSe2 表面具有与先前关于用于世界纪录 CIGS 太阳能电池的 KF 沉积后处理 (PDTs) 的报道相似的特征——这被视作间接证据，表明 KInSe2 可在这些 PDT 期间形成。体相和表面生长过程都大大减少了界面复合。然而，相对于冠军体相 CKIS 吸收层，KInSe2 表面在靠近表面处具有更高的 K 水平、更长的寿命以及在缓冲界面附近增加的载流子反型。这些特征表明 K 可能通过表面和吸收层体相中的不同机制有益于 PV 性能。
关键词
引用
@article{arxiv.1704.01560,
title = {Surface and bulk effects of K in highly efficient Cu$_{1-x}$K$_x$InSe$_2$ solar cells},
author = {Christopher P. Muzzillo and Jian V. Li and Lorelle M. Mansfield and Kannan Ramanathan and Timothy J. Anderson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.01560},
year = {2017}
}