《Cu2ZnSnS4薄膜太陽電池異質結調控及電池性能研究》是依託南開大學，由張毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Cu2ZnSnS4薄膜太陽電池異質結調控及電池性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張毅
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
銅鋅錫硫（CZTS）因其組成元素儲量豐富、環境友好，且具有高的吸收係數和理想的帶隙，成為新型薄膜太陽電池吸收層的理想材料。但是，銅鋅錫硫薄膜太陽電池的發展主要集中在吸收層材料的製備，對於構成電池的p-n異質結缺乏研究，限制了高效電池的研發。本項目通過數值模擬，最佳化薄膜製備工藝，掌握組分摻雜對CZTS吸收層帶隙的調控，系統研究CZTS薄膜內帶隙分布與器件性能之間的關係，以及CZTS與不同n-型材料構成異質結間的導帶帶階，弄清CZTS薄膜電池異質結能帶匹配問題；研究CZTS太陽電池中p-n異質結的界面結構及其與太陽電池的性能之間的關係。通過本項目的研究，可以弄清銅鋅錫硫薄膜太陽電池的異質結結構、能帶及界面等科學問題，深入認識CZTS太陽電池中p-n異質結與太陽電池性能之間的關聯，豐富多元化合物薄膜太陽電池異質結理論，為研製新型高效CZTS太陽電池提供指導，推動CZTS薄膜太陽電池的發展。
結題摘要
異質結是太陽電池工作的核心部分。由於銅鋅錫硫硒(CZTSSe)組成元素儲量豐富、帶隙在1.0-1.5eV連續可調、且對可見光的吸收係數高等優點受到國際光伏界的普遍關注。因此，從對異質結進行研究入手來探索研製高效CZTSSe電池就變得十分重要。本項目的研究目的在於理解與掌握CZTSSe電池的異質結結構暨能帶及界面方面的一些關鍵科學問題，有助於高效CZTSSe電池的研製。本項目研究了構成CZTSSe電池的pn異質結結構與性能關係，重點研究了具有單一組分、成分可調的具有不同帶隙的CZTSSe薄膜製備，CdS和Zn(O,S)等緩衝層的製備及異質結界面等問題，解決了極度貧Cu條件下濺射硒化法製備CZTSSe薄膜的生長原理問題。發現所製備的效率超過10%的CZTSSe電池的吸收層均呈(112)擇優生長，CdS與CZTSSe結合緊密且與CZTSSe共格生長。帶隙增高能夠提高電池的Voc，但由於帶尾態嚴重，並不能顯著提高電池效率。用Zn(O,S)薄膜做緩衝層，不但能夠替代CdS，而且可以不使用傳統CZTSSe器件結構中的i-ZnO薄膜，簡化了器件結構。通過上述研究，掌握了異質結與器件性能之間的關係。研究結果對研製高效CZTSSe電池具有非常重要的使用價值。在解決Mo背電極與CZTSSe薄膜的歐姆接觸問題後，利用上述研究結果研製出效率為10.4%的CZTSSe電池，為2015年度國際上報導的採用濺射硒化法製備CZTSSe電池的最高效率。同時還研製出效率為7.21%的以Zn(O,S)為緩衝層的CZTSSe電池，為目前國際最高效率。發表SCI論文17篇，其中一篇以Frontispiece發表在Adv. Energy Mater.上並被Wiley-VCH出版集團旗下的MaterialsViews進行專題報導。國際會議邀請報告4人次，國內會議邀請報告7人次，申請授權發明專利1項，為Materials Views和中國可再生能源學會光伏專委會撰寫CZTSSe電池方面的研究進展等3篇。培養出站博士後1名，畢業博士2名，碩士3名，目前在讀4名。
