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全面积效率12.4%、开路电压损失低于0.30 V的CZTSSe太阳能电池:Sn^4+前驱体在DMSO溶液中的使用
被引量:
3
1
作者
龚元才
张一凡
+12 位作者
Erin Jedlicka
Rajiv Giridharagopal
James A.Clark
闫伟博
牛传友
邱瑞婵
江晶晶
余绍棠
吴三平
Hugh W.Hillhouse
David S.Ginger
黄维
辛颢
《Science China Materials》
SCIE
EI
CSCD
2021年第1期52-60,共9页
开路电压损失(Voc,def)大是制约锌黄锡矿结构CZTSSe太阳能电池效率的关键因素,目前世界纪录效率(12.6%)CZTSSe电池的Voc,def为0.345 V.本文分别以SnCl4和SnCl2·2H2O为锡前驱体研究二甲基亚砜(DMSO)溶液法制备的CZTSSe太阳能电池的...
开路电压损失(Voc,def)大是制约锌黄锡矿结构CZTSSe太阳能电池效率的关键因素,目前世界纪录效率(12.6%)CZTSSe电池的Voc,def为0.345 V.本文分别以SnCl4和SnCl2·2H2O为锡前驱体研究二甲基亚砜(DMSO)溶液法制备的CZTSSe太阳能电池的开路电压损失问题.研究发现不同价态的锡前驱体化合物与有机配体硫脲(Tu)和溶剂DMSO发生不同的配位反应,使得从溶液到CZTSSe吸光层薄膜的反应路径截然不同.Sn^2+与Tu配位导致前驱体薄膜中SnS、ZnS和Cu2S的生成,这些硫化物在硒化过程中首先转化成硒化物而后逐步熔合生成CZTSSe,其反应路径中多物相的转化和熔合导致薄膜光电性能差,由该薄膜获得的最优器件有效面积效率仅为8.84%,Voc,def为0.391 V.而Sn^4+与DMSO配位,该前驱体溶液经退火直接得到组成均匀的CZTS前驱体薄膜,在硒化过程中CZTS直接发生取代反应生成CZTSSe,得到的CZTSSe薄膜组成均匀,光电性能优异,由该薄膜制备的器件有效面积效率达到12.2%,Voc,def降低至0.344 V.此外,CZTSSe薄膜性质的不同导致CZTSSe/CdS异质结热处理(JHT)结果的不同.JHT显著提高了Sn4+器件的性能,却略微降低了Sn^2+器件的性能.最终,由Sn4+溶液获得了全面积效率为12.4%,有效面积效率高达13.6%,Voc,def低至0.297 V的CZTSSe太阳能电池器件.研究结果表明通过控制溶液中化学组成获得组成均匀的CZTS预制膜是获得高效CZTSSe电池薄膜材料和降低器件Voc,def的关键.本报道不仅为进一步提高CZTSSe电池效率提供了新的思路,而且实现了Voc,def首次低于0.30 V,预示了CZTSSe未来的应用前景.
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关键词
开路电压
太阳能电池
电池效率
硒化物
反应路径
世界纪录
薄膜材料
溶液法
原文传递
题名
全面积效率12.4%、开路电压损失低于0.30 V的CZTSSe太阳能电池:Sn^4+前驱体在DMSO溶液中的使用
被引量:
3
1
作者
龚元才
张一凡
Erin Jedlicka
Rajiv Giridharagopal
James A.Clark
闫伟博
牛传友
邱瑞婵
江晶晶
余绍棠
吴三平
Hugh W.Hillhouse
David S.Ginger
黄维
辛颢
机构
Key Laboratory for Organic Electronics and Information Displays&Jiangsu Key Laboratory for Biosensors
Department of Chemistry
Department of Chemical Engineering
出处
《Science China Materials》
SCIE
EI
CSCD
2021年第1期52-60,共9页
基金
supported primarily by the National Natural Science Foundation of China(21571106 and U1902218)
support from the Postgraduate Research and Practice Innovation Program of Jiangsu Province
support from the Molecular Analysis Facility。
文摘
开路电压损失(Voc,def)大是制约锌黄锡矿结构CZTSSe太阳能电池效率的关键因素,目前世界纪录效率(12.6%)CZTSSe电池的Voc,def为0.345 V.本文分别以SnCl4和SnCl2·2H2O为锡前驱体研究二甲基亚砜(DMSO)溶液法制备的CZTSSe太阳能电池的开路电压损失问题.研究发现不同价态的锡前驱体化合物与有机配体硫脲(Tu)和溶剂DMSO发生不同的配位反应,使得从溶液到CZTSSe吸光层薄膜的反应路径截然不同.Sn^2+与Tu配位导致前驱体薄膜中SnS、ZnS和Cu2S的生成,这些硫化物在硒化过程中首先转化成硒化物而后逐步熔合生成CZTSSe,其反应路径中多物相的转化和熔合导致薄膜光电性能差,由该薄膜获得的最优器件有效面积效率仅为8.84%,Voc,def为0.391 V.而Sn^4+与DMSO配位,该前驱体溶液经退火直接得到组成均匀的CZTS前驱体薄膜,在硒化过程中CZTS直接发生取代反应生成CZTSSe,得到的CZTSSe薄膜组成均匀,光电性能优异,由该薄膜制备的器件有效面积效率达到12.2%,Voc,def降低至0.344 V.此外,CZTSSe薄膜性质的不同导致CZTSSe/CdS异质结热处理(JHT)结果的不同.JHT显著提高了Sn4+器件的性能,却略微降低了Sn^2+器件的性能.最终,由Sn4+溶液获得了全面积效率为12.4%,有效面积效率高达13.6%,Voc,def低至0.297 V的CZTSSe太阳能电池器件.研究结果表明通过控制溶液中化学组成获得组成均匀的CZTS预制膜是获得高效CZTSSe电池薄膜材料和降低器件Voc,def的关键.本报道不仅为进一步提高CZTSSe电池效率提供了新的思路,而且实现了Voc,def首次低于0.30 V,预示了CZTSSe未来的应用前景.
关键词
开路电压
太阳能电池
电池效率
硒化物
反应路径
世界纪录
薄膜材料
溶液法
Keywords
kesterite solar cell
Voc deficit
SnCl4
reaction pathway
heterojunction heat treatment
分类号
TM914.4 [电气工程—电力电子与电力传动]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
全面积效率12.4%、开路电压损失低于0.30 V的CZTSSe太阳能电池:Sn^4+前驱体在DMSO溶液中的使用
龚元才
张一凡
Erin Jedlicka
Rajiv Giridharagopal
James A.Clark
闫伟博
牛传友
邱瑞婵
江晶晶
余绍棠
吴三平
Hugh W.Hillhouse
David S.Ginger
黄维
辛颢
《Science China Materials》
SCIE
EI
CSCD
2021
3
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