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第一作者：Jiangjian Shi

通訊作者：孟慶波

通訊單位：中國科學院物理研究所

孟慶波，博導??中國科學院物理研究所，研究工作致力于太陽能材料的設計、制備與相關器件物性研究，利用取之不盡、用之不竭的清潔能源太陽能造福人類社會。?2007年獲國家杰出青年基金。2011-04~現(xiàn)在, 北京市新能源材料與器件重點實驗室主任；2010-12~現(xiàn)在, 中科院清潔能源前沿研究重點實驗室主任；2009-05~現(xiàn)在, 中國科學院物理研究所, 清潔能源實驗室主任；2002-08~現(xiàn)在, 中國科學院物理研究所, 特聘研究員、研究員，博導。主要工作側(cè)重于：(1)? 光電材料，實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)化。(2)? 光子材料，實現(xiàn)光的可控傳播。 (3)? 光催化材料，實現(xiàn)光能到化學能的轉(zhuǎn)化。(4)? 風光互補智能微電網(wǎng)設計與控制研究。

論文速覽

鋅黃錫礦Cu₂ZnSn(S, Se)₄（CZTSSe）太陽能電池一種極具前景的低成本薄膜光伏電池，然而，這類太陽能電池的效率受到嚴重電荷損失和復雜缺陷的挑戰(zhàn)。

本文通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的相關性分析，研究揭示了CZTSSe中主要深缺陷具有供體特性。研究進一步指出，CZTSSe多步結(jié)晶反應中不完全的陽離子交換是缺陷形成的動力學機制。為了促進陽離子交換，研究引入了多元合金化方法，旨在削弱金屬-硫?qū)僭氐慕Y(jié)合強度和中間相穩(wěn)定性。這一策略顯著減少了CZTSSe吸收層中的電荷損失，并實現(xiàn)了14.6%（認證效率為14.2%）的總面積電池效率。這些結(jié)果不僅為鋅黃錫礦太陽能電池帶來了重要進展，也有助于識別和調(diào)控光伏材料中的缺陷。

圖文導讀

?圖1：CZTSSe缺陷類型分析。

圖2 ：Sn_Zn缺陷形成的動力學機制和調(diào)節(jié)。

圖3：元素合金化對CZTSSe薄膜固相反應的影響。

圖4 ：太陽電池表征。

總結(jié)展望

本研究通過精確識別和調(diào)控CZTSSe吸收層中的深缺陷，實現(xiàn)了鋅黃錫礦太陽能電池的顯著進步。通過器件模擬和數(shù)據(jù)相關性分析，實驗確定了導致電荷損失的主要深缺陷，表現(xiàn)為供體特性，推測為Sn_Zn反位缺陷。研究提出，在CZTSSe結(jié)晶過程中涉及的多步反應中，Sn/Zn陽離子交換緩慢和不完整是這種缺陷形成的動力學機制。

在理論指導下，引入了Ag、Ge和Cd元素，協(xié)同調(diào)控CZTSSe的制造過程，以削弱金屬-硫?qū)僭氐慕Y(jié)合強度和中間相的穩(wěn)定性，從而促進結(jié)晶過程中的陽離子交換。這種多元合金化策略顯著增強了Zn元素的反應活性，促進了有序CZTSSe相的形成。因此，顯著減少了CZTSSe吸收層中缺陷引起的電荷損失，并在鋅黃錫礦太陽能電池中實現(xiàn)了14.6%的高PCE（認證為14.2%）。總體而言，這項工作從陽離子交換動力學的角度建立了CZTSSe缺陷形成與微觀結(jié)晶過程之間的相關性，并探索了多元合金化方法調(diào)控缺陷形成。這里介紹的理解和數(shù)據(jù)驅(qū)動的分析方法也為識別和調(diào)控光伏材料中的缺陷提供了更多途徑。

文獻信息

標題：Multinary alloying for facilitated cation exchange and suppressed defect formation in kesterite solar cells with above 14% certified efficiency

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01551-5

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/03/081b595674/

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