Nature Energy：铜铟镓硒太阳能电池的新天下记实 – 质料牛

一、铜铟太阳【迷信布景】 

以铜铟镓硒为罗致层的镓硒高效薄膜太阳能电池具备破费老本低、传染小以及弱光功能好等清晰特色，新天下记且光电转换功能居种种薄膜太阳能电池之首，实质已经成为全天下光伏规模的料牛钻研热门之一，被称为下一代颇为有前途的铜铟太阳新型薄膜太阳能电池。铜铟镓硒太阳能电池的镓硒功能已经抵达23.35%，但进一步后退其功能仍具备挑战性。新天下记

二、实质【立异下场】

克日，料牛乌普萨拉大学太阳能电池钻研职员揭示了经由实施一系列策略实现的铜铟太阳铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池的23.64%认证功能。作者将相对于较高量的镓硒([Ag]/([Ag] + [Cu]) = 0.19)引入到罗致体中，并实现为了相似“曲棍球棒”的新天下记Ga扩散：在打仗Mo背电极临近具备高浓度的Ga，而在更挨近CdS缓冲层的实质地域中具备较低的恒定浓度。这种元素扩散将横向以及纵深的料牛带隙晃动降至最低，患上到的带隙挨近1.15 eV，从而飞腾了开路电压斲丧。此外，作者接管了RbF后聚积处置，导致组成Rb–In–Se相，可能为RbInSe₂，使罗致剂概况钝化。

图1太阳能电池特色以及参数比力。（a）电流-电压特色曲线以及（b）外量子功能(EQE)光谱。太阳能电池参数：（c）FF、（d）J_SC、（e）V_OC以及（f）η。© 2023 Springer Nature

电池在试验室丈量（η= 23.75%）并经弗劳恩霍夫太阳能零星钻研所（ISE）认证（η = 23.64%）。功能高于以前报道的高效太阳能电池的值（η= 22.9%以及η= 22.6%）。空间电荷地域（SCR）中的总复合率飞腾是由于SCR中较低的活化能或者较低的缺陷密度组成的，SCR中复合主要经由中间带隙缺陷实现，而界面复合对于现有的器件来说不是下场。

图2器件妄想的电子显微镜合成。经由HCl蚀刻抉择性去除了CdS以及窗口层后的残缺电池（a）以及（b）罗致体概况的全截面SEM图像。（c）钻研的两个薄片的太阳能电池全截面的透射电镜明场像(BF-TEM)© 2023 Springer Nature

如扫描电子显微镜（SEM）图像所示，组成为了大的(Ag,Cu)(In,Ga)Se₂（ACIGS）颗粒，其中大少数颗粒在所有维度上的尺寸均大于1 µm。在CdS/ACIGS界面处折射后发生的歪斜光耦合是有利的，由于它削减了罗致体中的光程长度。

图3 Rb、In以及Ga的横向扩散。© 2023 Springer Nature

图4 残缺太阳能电池的扫描穿透式电子显微镜的元素合成（STEM-EDS）。（a）在‘Pos2.1’位置的元素扩散。（b）GGI、AAC以及尺度化Cd、Mo以及Rb的深度合成。（c）对于应的STEM-暗场（DF）像。© 2023 Springer Nature

来自晶粒外部的较弱Rb信号最有可能来自背底界面以及歪斜以及较深的晶界。为了更详细地钻研富Rb地域并提供元素深度剖面的量化，经由STEM-EDS对于薄膜2上的位置“Pos2.1”以及“Pos2.2”妨碍了合成。Rb主要会集在CdS层下的地域中（巨细<100 nm），但在ACIGS/CdS界面的到处都可能发现大批Rb。Rb信号偏偏在缓冲层下方抵达峰值，而辉光放电发射光谱(GDOES)也展现了背底打仗处（即MoSe₂以及ACIGS之间）的Rb群集。

图5罗致/缓冲异质结的STEM-EDS合成。（a）在‘Pos2.2’位置的元素扩散。（b）a中发现的富含Rb地域的STEM-BF图像。（c）来自a的叠加Rb浓度图的相同图像。（d）从b中所示的圆形地域1以及2提取的量化元素浓度。高倍淘汰的富Rb地域的（e）STEM-BF以及（f）STEM-DF图像。© 2023 Springer Nature

在ACIGS/CdS界面上的Rb群集是清晰的。幽默的是，铜以及镓信号比其余罗致体元素先着落约5 nm。这与在罗致体概况组成颇为薄的(Ag,Rb)–In–Se化合物（可能是(Ag,Rb)InSe₂）相不同。总结所有发现，作者预料在CdS/ACIGS界面上到处都组成为了颇为薄的(<5 nm) RbInSe₂相。

该钻研实现为了一种高功能铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池，以“High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23.6% efficiency”为题宣告在国内顶级期刊Nature Energy上，引起了相关规模钻研职员热议。

三、【迷信开辟】

综上所述，本文实现为了一种高功能铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池，其认证功能为23.6%（试验室丈量值为23.8%）。功能的后退患上益于罗致层中银（[Ag]/([Ag] + [Cu]=0.19）的高浓度合金化以及罗致层概况以及空间电荷地域（SCR）中横向以及纵深的成份晃动的最小化。

进一阵势防止在窗口紧张冲层中泛起寄生罗致，同时坚持相同的V_OC以及FF水平，有可能是后退功能至25%的最直接措施。

原文概况：Keller, J., Kiselman, K., Donzel-Gargand, O. et al. High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23.6% efficiency. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01472-3

本文由景行撰稿

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