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近日，河南大学武四新教授课题组与陕西师范大学刘生忠教授课题组合作，在Cu2ZnSn(S,Se)4（CZTSSe）薄膜太阳电池领域取得新进展，相关成果以“GeSe2沉积后处理抑制界面缺陷提高CZTSSe太阳电池效率”（Suppressed Interface Defects by GeSe2 Post-Deposition Treatment Enables High-Efficiency Kesterite Solar Cells）为题，于近日以研究论文形式在线发表在材料领域顶级期刊《先进功能材料》上（Adv. Funct. Mater. 2022, 2211315)。目前该杂志影响因子为19.924，JCR分区一区。
环境友好的CZTSSe是高效率薄膜太阳电池的理想光吸收层材料。现阶段限制CZTSSe光伏器件效率持续提升的一个重大瓶颈问题是其开路电压亏损较大，异质结耗尽区内存在的深能级缺陷作为光生载流子非辐射跃迁复合中心，对器件开路电压和效率的影响至关重要。在前期的研究中，课题组通过在CZTSSe光伏器件背电极上沉积Ge金属单质。通过后期高温硒化过程中Ge元素的扩散，成功地把Ge元素掺杂到CZTSSe晶格中并取代部分Sn。结果表明，Ge元素的引入可以有效抑制吸收层中的SnZn深能级缺陷和[2CuZn+SnZn] 缺陷簇的形成几率（J. Energy Chem., 2021, 61, 1-7）。由于在高温硒化过程中Ge的挥发和无序扩散，使其对器件耗尽区内部深能级缺陷钝化受到限制。针对这一问题，研究团队通过GeSe2表面沉积后处理工艺（GeSe2-PDT）（见图1），通过优化后期热处理条件控制Ge的扩散，在吸收层上表面引入较高浓度的Ge取代，有效钝化了异质结界面的有害深能级缺陷，改善了界面复合，大幅提高了CZTSSe光伏器件的开路电压和光电转化效率。本研究工作提出了一种有效钝化CZTSSe吸收层表界面深能级缺陷和缺陷簇的方法，为解决CZTSSe 太阳电池开路电压损耗问题提供具有针对性的解决方案。
图1. GeSe2-PDT钝化CZTSSe吸收层表面示意图。
特种功能材料重点实验室硕士研究生张鑫为论文第一作者。河南大学周正基副教授和武四新教授、陕西师范大学田庆文副教授和刘生忠教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅和河南大学等项目的资助。
来源：河南大学
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202211315
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