MoO3背界面层在低温超薄CIGS太阳电池中的应用

【作者】 刘杨； 陈呈玉； 刘玮； 周志强； 何青； 刘芳芳； 孙云；

【机构】 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室南开大学电子信息与光学工程学院；

【摘要】 CIGS太阳电池作为一种直接带隙半导体材料,目前最高转换效率已达22.6%。随着CIGS薄膜电池制备水平的日益完善,实现产业化生产已成为明显的发展趋势,但是从实验室制备到产业化生产需要面临一个重要的问题——成本,为了节约生产成本,人们逐渐将研究重点放在低温超薄CIGS太阳电池上。然而,随着吸收层厚度的减薄,光生载流子产生的位置更加靠近背电极,此外,低温共蒸发条件下,MoSe₂很难形成,背电极和吸收层之间的接触势垒增大,所以和标准工艺条件下制备的CIGS太阳电池相比,低温超薄CIGS太阳电池的背界面复合成为限制器件性能的一个关键因素。MoO₃具有比较高的功函数,高透过率、以及较大的禁带宽度,这些优势使得其在作为背电极的领域具有极大优势,本文采用MoO₃材料作为背电极和吸收层之间的界面层,以达到降低载流子在背界面复合的目的,从而提高器件的性能。本文采用三步共蒸发工艺制备CIGS吸收层,对比研究了Mo/CIGS和Mo/MoO₃/CIGS薄膜材料与器件。通过结构、形貌、器件光谱响应与I-V特性测试分析,可以发现MoO₃的引入并不会改变CIGS薄膜的择优取向,CIGS薄膜仍呈（112）择优,但是由于MoO₃改变了Mo表面的形貌,CIGS的（112）择优取向强度会发生改变。此外,我们对两种器件进行了QE测试分析,可以发现添加MoO₃背界面层后,电池的长波段EQE响应有所提高,这是由于背界面载流子复合降低,载流子的收集增强导致的。最后,对器件进行I-V测试,通过对比可以发现引入MoO₃背界面层后电池的背部势垒有所降低,器件的Voc和FF均得到改善,性能得到提高。更多还原