高效硫硒化銻薄膜太陽電池中的漸變能隙結構*

曹宇 蔣家豪 劉超穎 凌同 孟丹周靜? 劉歡 王俊堯?

1) (現代電力系統仿真控制與綠色電能新技術教育部重點實驗室(東北電力大學), 吉林 132012)

2) (東北電力大學電氣工程學院, 吉林 132012)

3) (東北電力大學化學工程學院, 吉林 132012)

4) (東北電力大學機械工程學院, 吉林 132012)

1 引 言

薄膜太陽電池以其成本低廉、柔性可卷曲的特點得到了廣泛關注[1-3].其中以硫化銻(Sb2S3)和硒化銻(Sb2Se3)為代表的銻基薄膜太陽電池因其原材料豐富低毒、制備方法簡單、吸收系數高和光電特性優異等優勢, 近些年得到了快速發展[4-6].Sb2S3的能隙約為1.7 eV, 屬于一種寬能隙吸光層材料, 其太陽電池的光譜吸收限在750 nm左右[7].相比之下, Sb2Se3的能隙僅為1.2 eV左右, 屬于一種窄能隙吸光層材料, 這使得Sb2Se3太陽電池的光譜吸收限可以擴寬至1100 nm[8,9].然而根據Shockley-Queisser極限, 單結太陽電池的最佳能隙約1.4 eV, 介于Sb2S3與Sb2Se3之間[10].因此, 為了得到最佳的吸光層能隙, 可以通過S與Se原子所形成的替位式取代, 得到能隙可以在Sb2S3和Sb2Se3之間連續可調的硫硒化銻(Sb2(S,Se)3)三元化合物[11].2020年, 中國科學技術大學的陳濤課題組[12]通過簡單的水熱法制備出了高質量的Sb2(S,Se)3薄膜, 將其應用在太陽電池中得到了超過10%的光電轉化效率(PCE), 顯示出了這種吸光層材料的開發潛力.

Sb2(S,Se)3與銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se2)、非晶硅鍺和鈣鈦礦等多元合金或化合物材料類似, 都可以通過改變元素配比調節材料的禁帶寬度.如果在制備的過程中或者通過后處理的方式, 使化合物中的元素比例隨著厚度的變化而變化, 就能夠制備出具有漸……