Nano Select:提升硒硫化锑太阳电池的开路电压——界面和缺陷的研究进展

由于其优异的光电性质,硒硫化锑基材料(包括Sb2S3, Sb2Se3, and Sb2(S,Se)3)在光伏领域受到极大的关注。近十年来,硒硫化锑太阳电池的光电转换效率不管攀升,从最初的不到1%到2020的10.5%,逐渐靠近工业应用所需的光电转换效率水平。对于太阳电池来说,其能量转化效率主要取决于三个重要参数:短路电流,开路电压以及填充因子。相较已经达到S-Q极限70%的短路电流,继续提升该类光伏器件性能的关键在于如何减少在开路电压上的损失。从材料和器件物理角度看,硒硫化锑太阳电池的开路电压损失主要来源于较为复杂的缺陷引起的缺陷辅助复合以及各功能层之间能带不匹配引起的界面复合。

针对这一问题,南开大学光电子薄膜与技术研究所张毅教授团队从能带调控、缺陷钝化等角度系统地总结了减少硒硫化锑太阳电池开路电压损失的关键策略,并详细讨论了该领域现存的挑战以及相对应的可行性方案,比如深入了解硒硫化锑太阳电池的缺陷特性、载流子复合机理和载流子输运动力学;开发新的吸收层薄膜制造方法,提高薄膜质量;利用机器学习来快速设计和筛选高效钝化剂以及探索新型表征手段精确测定各功能层之间的能带位置等,为继续提升器件性能提供了新的研究思路。

论文第一作者为南开大学光电子薄膜与技术研究所硕士生董家斌,通讯作者为张毅教授。论文作者还有博士生刘越和硕士生王作允。

通讯作者简介

张毅,南开大学教授,博士生导师,主持国家重点研发计划重点项目及国家自然科学联合基金重点项目等。课题组一直致力于化合物半导体光电薄膜制备及性能,异质结光电器件,新型光激励材料结构与物性研究。特别关注铜基化合物薄膜光电子材料(Cu2ZnSnSe4, Cu(In,Ga)Se2, Sb2(S,Se)3等)与器件,重点研究了材料的可控制备、缺陷调控、光电性能调控以及器件的能带工程和界面工程等,研制的太阳电池效率接近国际最高效率,研究成果达国际先进水平。在Adv. Energy Mater.等著名期刊发表研究论文近80篇,应邀在Adv. Sci.等国际著名期刊撰写综述文章4篇。应邀在国际/国内会议做邀请报告近40次。

论文信息:

Boosting VOC of antimony chalcogenide solar cells: A review on interfaces and defects

Jiabin Dong, Yue Liu, Zuoyun Wang, Yi Zhang*

Nano select

DOI: 10.1002/nano.202000288