【摘 要】
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铜锌锡硫具有光吸收系数高、带隙宽度合适,而且在自然界中以矿物形式存在,具有稳定性好、成本低廉和环境友好等优势,是极具发展前景太阳电池光吸收层材料。本报告针对铜锌锡
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铜锌锡硫具有光吸收系数高、带隙宽度合适,而且在自然界中以矿物形式存在,具有稳定性好、成本低廉和环境友好等优势,是极具发展前景太阳电池光吸收层材料。本报告针对铜锌锡硫薄膜太阳电池在背接触和异质结两个核心界面存在的关键科学问题开展系统研究。对于背接触界面,采用插入中间层抑制铜锌锡硫与钼界面副反应的思路,考察了硼化钛、银、碳、铋和氧化铝等中间层材料对背接触界面行为以及器件性能的影响,其中采用氧化铝中间层通过"自组装开孔"的形式,既抑制了界面副反应,又能维持器件基本结构的优势,因而获得了最优的器件性能,经Newport测试的光电转换效率达到9.2%,超越了丰田研究中心9.1%的光电转换效率,为纯硫铜锌锡硫薄膜太阳电池2017年最高光电转换效率。对于异质结界面,针对界面"cliff"型能级排列导致界面缺陷复合严重的问题,分别通过"p型铜锌锡硫表面外延生长n型硫化镉"降低界面缺陷和"锌合金化的硫化镉缓冲层"优化能级排列的方式来予以改善,均实现了器件性能的有效提升;在此基础上提出"可控互扩散"的方式对异质结进行退火,同时实现异质结界面能级排列的优化和界面缺陷密度的降低,进一步提升器件的光电转换性能:经NREL测试的光电转换效率达到11.0%,为目前纯硫铜锌锡硫薄膜太阳电池的国际最高光电转换效率,且1平方厘米铜锌锡硫薄膜太阳电池首次突破了10%光电转换效率。
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