銅鋅錫硫硒太陽能電池Mo/CZTSSe界面調(diào)控研究進展

崔宇博,趙超亮,張 志,張夢云,徐艷蘋, 范麗波*, 鄭 直*

(1. 河南理工大學 材料科學與工程學院, 河南 焦作 454000; 2. 許昌學院 化工與材料學院, 表面微納材料研究所, 河南省微納米能量儲存與轉(zhuǎn)換材料重點實驗室, 河南 許昌 461000)

隨著全球能源的消耗和溫室氣體的急劇增加，太陽能電池作為一種環(huán)境友好的能源被廣泛研究。目前， Cu(Inx,Ga1-x)Se2(CIGS)和CdTe太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過22%，兩者均已成功商業(yè)化[1]。然而，由于Cd和Te的毒性以及In、Ga和Te的元素豐度較低，導致這兩種光伏技術的發(fā)展受限[1]。因此，研究人員將CIGS中的In3+和Ga3+替換為Zn2+和Sn4+得到了鋅黃錫礦結構的銅鋅錫硫硒Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4(CZTSSe)[2]。目前，已認證的使用CZTSSe作為吸收層的器件最高的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)雖然達到了13.0%[3]，但仍遠低于其S-Q理論極值(～31%)[4]。

在CZTSSe的高溫硒化過程中，Mo/CZTSSe界面往往伴隨著Mo(Sx,Se1-x)2和孔洞的產(chǎn)生，這是阻礙CZTSSe太陽能電池PCE進一步提升的關鍵因素[5-8]。研究人員做了大量的工作來探明Mo(Sx,Se1-x)2和孔洞的產(chǎn)生的原因[9-15]，并采取在Mo電極與CZTSSe吸收層之間制備較薄的中間層材料來抑制Mo(Sx,Se1-x)2和孔洞產(chǎn)生[4]。常見的中間層材料包括金屬氮化物、金屬氧化物和金屬硫化物等，這些材料在Mo/CZTSSe界面調(diào)控中有著不同的作用效果。為了推進Mo/CZTSSe界面工程的發(fā)展，綜述了Mo(Sx,Se1-x)2和孔洞產(chǎn)生的原因及其對器件性能參數(shù)的影響，并討論了金屬氮化物、金屬氧化物和金屬硫化物作為中間層材料的優(yōu)點和弊端，最后展望了該領域未來的發(fā)展方向，以期為Mo/CZTSSe界面工程方面研究提供參考。

1 Mo(Sx,Se1-x)2的形成及影響

Johnson等[9]在2010年時最早注意到MoS2的存在，之后Scragg等[10]對此進行了深入的研究，確定了Mo(Sx,Se1-x)2的形成機理，反應過程見公式(1)和公式(2)。……