Cu₂Mn_xZn_1-xSn（S,Se）₄太阳电池的研究

【作者】 李秀玲； 张毅； 高守帅； 曾玉； 王东潇； 孙亚利； 潘国兴； 姜振武； 王思宇； 周志强； 敖建平； 孙云；

【机构】 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所； 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室；

【摘要】 铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳电池无毒、材料丰富、成本低廉、光吸收系数高、理论效率高,作为一种理想的新型薄膜太阳电池在近年来蓬勃发展,最高效率达到13.80%,但是严重的V_OC损失造成效率无法大幅度提升。溶胶-凝胶法制备薄膜具有设备低廉、工艺简单、均匀性好、容易掺杂等优点,采用溶胶-凝胶法制备CZTSSe太阳电池的效率也达到了11.8%。本文通过溶胶-凝胶法制备CMZTS前驱体薄膜,然后高温高硒压硒化制备CMZTSSe薄膜,通过掺杂离子半径较大的Mn²⁺来替代离子半径较小的Zn²⁺,从而减少Cu/Zn反位缺陷,优化电池性能。研究发现,当掺杂5%的Mn²⁺时,器件的性能最佳（图1a）。Raman测试表明掺杂5%的Mn²⁺后,有益的[V_Cu+Zn_Cu]缺陷簇浓度增加,不利的[Cu_Zn+Zn_Cu]缺陷簇浓度减少,使得掺杂Mn²⁺后,CZTSSe太阳电池效率有一定的提高（图1b）。进一步通过导纳测试,得到了掺杂Mn²⁺后的CMZTSSe太阳电池的缺陷能级为67meV远小于CZTSSe的110meV,证实了Mn²⁺掺杂可以使缺陷能级由深能级Cu_Zn缺陷变为浅能级V_Cu缺陷（图1c）。更多还原