一組研究人員顯著提高了錫鋅礦(CZTSSe)薄膜太陽能電池的性能。他們開發(fā)了一種在太陽能電池中摻雜銀(Ag)的新方法，以抑制阻礙電池性能的缺陷并促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，從而大幅提高效率并為商業(yè)化鋪平了道路。這項(xiàng)研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。
CZTSSe 太陽能電池由銅 (Cu)、鋅 (Zn)、錫 (Sn)、硫 (S) 和硒 (Se) 組成，作為一種資源豐富、成本低廉且環(huán)保的太陽能電池技術(shù)而備受關(guān)注。特別是，它們具有適合大規(guī)模生產(chǎn)和價(jià)格極具競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兪褂觅Y源豐富的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)太陽能電池中使用的稀缺金屬。
然而，傳統(tǒng)的CZTSSe太陽能電池由于電子空穴復(fù)合導(dǎo)致效率低、電流損失大，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
為了解決這些問題，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種在太陽能電池前體中摻雜銀的方法。銀可以抑制錫的損失，并有助于材料在低溫下更好地混合。這使得晶體生長(zhǎng)得更大、更快，從而減少缺陷并提高太陽能電池的性能。
在這項(xiàng)研究中，他們系統(tǒng)地分析了Ag在前驅(qū)體不同位置的放置如何改變太陽能電池中的缺陷和電子-空穴復(fù)合特性。結(jié)果表明，Ag可以通過防止Sn損失并最大限度地發(fā)揮缺陷抑制效果，顯著提高太陽能電池的性能。
重要的是，他們還發(fā)現(xiàn)，在錯(cuò)誤的地方摻雜銀實(shí)際上會(huì)干擾鋅和銅合金的形成，導(dǎo)致鋅殘留在本體中并形成缺陷簇。這會(huì)導(dǎo)致電子空穴復(fù)合損失增加和性能下降。由此，研究小組提出了一個(gè)重要的見解：太陽能電池的性能因銀摻雜的位置不同而有很大差異。
此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，銀摻雜形成的液態(tài)材料促進(jìn)了晶體生長(zhǎng)，顯著提高了吸收層的密度和結(jié)晶度。這導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)得到改善，缺陷減少，最終使電池中的電荷傳輸更加順暢。這些發(fā)現(xiàn)有望為低成本生產(chǎn)高性能太陽能電池做出重大貢獻(xiàn)。
研究人員包括大韓民國科學(xué)技術(shù)研究院能源與環(huán)境技術(shù)部的 Kee-jeong Yang、Dae-hwan Kim 和 Jin-gyu Kang，他們與仁川國立大學(xué)物理系的 Kim Jun-ho 教授團(tuán)隊(duì)以及電子材料工程系的 Koo Sang-mo 教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了合作。
楊教授表示：“在這項(xiàng)研究中，我們逐個(gè)流程分析了之前未能明確確定的銀摻雜的影響，發(fā)現(xiàn)銀在抑制錫損失和改善缺陷方面發(fā)揮了作用。”
“該研究結(jié)果為設(shè)計(jì)摻銀前體結(jié)構(gòu)以提高太陽能電池效率提供了重要見解，有望為各種太陽能電池技術(shù)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。”
