B406+Li2S掺杂CZTSe薄膜及太阳电池探究+刘越

Li2S掺杂 CZTSe薄膜及太阳电池探究 刘越 申展 王思宇 张毅 * 南开大学光电子薄膜技术研究所 天津， 300350 摘要 Li2S掺杂后元素分布 器件性能对比 采用在硒化金属预制层的过程中添加 Li2S的方式制备了碱金属掺杂 的 CZTSe化合物薄膜太阳电池 ， 并研究了 Li2S对 CZTSe太阳电池性能 的影响 。 详细研究并分析了 Li2S处理后的 Li以及 S元素的分布 ， 以及这种处理 方式提升太阳电池性能的机理 。 效率从 6.28提升至 8.28，开路电压从 346mV提升到了 466mV。 带隙从 1.04eV增至 1.06eV。 EQE响应在 500nm至 1080nm范围内有 所 提升 。 乌尔巴赫能谱（ Eu）从 40.0eV下降至 38.4eV，薄膜的带尾态 减少。 有 Li2S掺杂 和空白样 CZTSe太阳电池部分性能参数（ a） J-V曲线（ b） EQE响应曲线（ c） EQE拟合带隙图（ d）乌尔巴赫能图 [3] 有 Li2S掺杂和空白样 CZTSe薄膜 SIMS对比 两种薄膜中均没有观察到明显的 S元素信号波动， Li2S的加入只能实现 Li的掺杂， 高浓度的硒气氛阻碍了 S元素的进入 。 缺陷以及表面形貌对比 有 Li2S掺杂和空白样 CZTSe薄膜的 Raman图像和 AFM图像 233cm-1处 代表着 [CuZnSnZn]等有害缺陷簇的峰值有略微的降低 ，掺杂 后样品表面形貌更加平缓，薄膜结晶性得到了很大的改善 能带匹配改善 有 Li2S掺杂和空白样界面能带排列 Li2S的掺杂使界面处有着更为理想的能带结构 ，在一定程度上优化界 面处的载流子输运，减少了界面处的复合。 结论 在 CZTSe薄膜制备的硒化过程中加入 Li2S实现了 Li元素的掺杂 ，同时 由于高浓度的硒化氛围， S元素并没有有效的引入到薄膜之中 在生长过程中 Li元素的 引入 有效促进了 CZTSe晶粒的生长 ，钝化了 缺陷，有效提升了薄膜的结晶性。 Li2S 的掺杂同时还有效 改善了 CZTSe和 CdS界面的能带结构，促进了 载流子的输运，最终实现了太阳电池开路电压以及效率的有效提升 Reference Z. Shen, S. Wang, Y. Liu, Y. Sun, J. Wu, H. Guo, K. Zhang, S. Zhang, F. Liu, Y. Zhang, Li2S doping into CZTSe drives the large improvement of Voc of solar cell, Journal of Energy Chemistry. 62 2021 637–644. https//doi.org/10.1016/j.jechem.2021.04.018.