编号：CYYJ02319

篇名：铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池一价金属替位的研究进展

作者： 周家正 徐啸 段碧雯 石将建 罗艳红 吴会觉 李冬梅 孟庆波

关键词： 铜锌锡硫硒 CuZn反位缺陷 一价金属替位 晶体生长 带尾态

机构： 中国科学院物理研究所中国科学院清洁能源前沿研究重点实验室北京市新能源材料与器件重点实验室 中国科学院大学材料光电研究中心 中国科学院大学物理科学学院 松山湖材料实验室

摘要： 铜锌锡硫硒(CZTSSe)电池具有组成元素丰度高且环境友好、光吸收系数高、带隙可调、高稳定性等优点,是一类非常有发展前景的新型薄膜太阳能电池.目前,CZTSSe电池最高认证效率为12.6%,与商品化铜铟镓硒(CIGS)电池相比仍然有较大差距,特别是开路电压(VOC)和填充因子(FF)偏低.开压损耗是制约CZTSSe器件效率进一步提升的关键因素之一.其中,吸收层带尾态和深能级缺陷及界面能级不匹配是开压损耗大的主因,而Cu-Zn无序引起的铜锌替位(CuZn)与锌锡替位(SnZn)缺陷又是影响带尾态的关键因素,因此,减少CuZn和SnZn缺陷有助于提升VOC.一价金属替位能有效改善带尾态、构建合适能带结构,在一定程度上解决器件开压损耗问题.但是,有关一价金属替位如何影响CZTSSe电池性能,仍然缺乏全面系统的概述.本文综述了基于一价金属替位方法CZTSSe电池的研究进展.首先介绍CZTSSe电池的发展历程、工作原理、制备工艺和关键材料等;其次,详细讨论一价金属替位的理论研究;再次,结合实验进展,重点讨论一价金属部分替位及完全替位CZTSSe材料的制备及其对带尾态、界面缺陷和能带结构研究;最后,对一价金属替位研究的关键科学问题、未来发展潜力等进行讨论和展望,并提出可能的解决思路.