近期，河南大學武四新教授課題組的研究成果《Synergistic Incorporation of NaF and CsF PDT for High Efficiency Kesterite Solar Cells: Unveiling of Grain Interior and Grain Boundary Effects》在Journal of Materials Chemistry A(J.Mater. Chem. A 2020, DOI:10.1039/D0TA08224D)上發(fā)表。目前該雜志影響因子為11.301。

堿金屬沉積后處理(PDT)工藝使Cu(In,Ga)Se2太陽能電池世界效率取得連續(xù)突破。然而，對于其衍生的鋅黃錫礦Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) 太陽能電池而言，受內部缺陷化學環(huán)境和相結構不同的影響，不同體系得到的堿金屬后處理效果規(guī)律并不一致，最有效的堿金屬種類和作用機制仍不清晰。
圖1 堿金屬協(xié)同后處理CZTSSe太陽能電池中Na和Cs的分布及主要作用機制

在這項工作中，通過宏觀和微觀性能對比發(fā)現(xiàn)，輕堿金屬和重堿金屬的作用機制有所不同。以此為基礎，進一步采用先NaF-PDT后再進行CsF-PDT后沉積的方式協(xié)同作用以提高CZTSSe太陽能電池的光伏性能。結果表明，Na原子隨機分布在晶粒內部（GI）和晶界（GBs）中，顯著增加受體濃度并鈍化深能級缺陷，主要提升器件開路電壓(Voc)。而Cs原子富集在GBs處，可以增加GBs電勢以提高器件FF。最終，二者對GI和GB電學性能的協(xié)同增效有效提升了器件的Voc和FF，器件效率達12.16%。該研究成果對于深入理解銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池中堿金屬的作用機制以及后續(xù)的高效光伏器件開發(fā)具有重要的參考和借鑒意義。

特種功能材料重點實驗室研究室碩士生常曉歡和博士生符俊杰為論文共一作者，武四新教授和寇東星副教授為論文的通訊作者。本工作得到了國家自然科學基金委、河南省科技廳、河南省教育廳經費的大力支持。