基于无毒缓冲层硒化锑薄膜电池研究进展

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• 论文作者：唐江 ; 王亮 ; 陈超 ; 李康华 ; 李登兵 ; 赵洋 ; 鲁帅成
• 年：2017
• 作者机构：华中科技大学武汉光电国家实验室(筹);
• 论文关键词：硒化锑薄膜电池 ; 无毒缓冲层
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：840k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

硒化锑(Sb_2Se_3)太阳能电池是值得研究的新一代化合物薄膜太阳能电池。前期研究主要采用硫化镉(CdS)作为缓冲层,虽然取得了较好的效率进展,但CdS剧毒,且器件的光照稳定性不佳。最近,本课题组探索了以ZnO和TiO_2作为缓冲层构建Sb_2Se_3薄膜电池。具体而言,发展了一种硝酸锌水溶液喷雾热解的方法制备ZnO缓冲层。实验发现,随机取向的ZnO能诱导[221]取向的Sb_2Se_3薄膜,而[001]取向的ZnO则诱导出[120]取向的Sb_2Se_3薄膜;基底和Sb_2Se_3薄膜取向高度关联。界面原子模型分析显示随机取向ZnO表面暴露出更多的(100)面,有利于与随后生长的Sb_2Se_3成键,降低界面总能量,从而实现取向诱导。由此制备的器件界面缺陷少,复合损失下降,偏压外量子效率谱和变温开路电压测试都证实了这一点。通过ZnO成膜工艺和Sb_2Se_3背场处理的系列优化,最终取得了光电转换效率达5.93%的顶衬结构(FTO/ZnO/Sb_2Se_3/Au)的硒化锑薄膜太阳能电池,并得到Newport公司的第三方权威认证。更重要的,由此制备的太阳能电池在未封装条件下表现出优异的稳定性,能够经历双85(温度85℃,相对湿度85%)、持续最大功率点工作、强紫外光照射、热震荡等苛刻的考验,稳定性基本达到薄膜太阳能电池应用工业要求的IEC61646标准。使用ZnO缓冲层器件稳定性明显提高的原因是:i)理论计算和实验都表明Zn原子在Sb_2Se_3中的扩散能比Cd原子要大,界面更稳定;ii)ZnO的紫外吸光少,光生空穴对Sb_2Se_3的破坏得到抑制~([1])。在TiO_2缓冲层方面,同样基于热喷涂工艺制备出TiO_2薄膜,并通过高通量的办法对烧结温度、TiO_2和Sb_2Se_3的薄膜厚度进行了系统优化,最终制备出光电转换效率达5.6%的器件,但其器件光照稳定性比基于ZnO缓冲层的电池差~([2])。相关研究表明实现全无毒的硒化锑薄膜电池是可能的,后续需要进一步提高器件效率。

引文

[1]L.Wang+,D-B.Li+,K.Li+,C.Chen+,J.Tang*et.al.Nature Energy,2017,2,17046.
    [2]C.Chen+,Y.Zhao+,S-C.Lu+,J.Tang*et.al.Adv.Energy Mater.under review.