不同环境下硫化镉/铜基薄膜异质结退火对太阳电池性能调控

作者：刘慧桢; 刘蓓; 董家斌; 李建鹏; 曹子修; 刘越; 孟汝涛; 张毅^*

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 72(08): 336-346.

• 铜基薄膜太阳电池
• 硫化镉缓冲层
• 退火气氛
• 硫化镉/铜基薄膜异质结

高效铜基薄膜太阳电池通常采用无机n型半导体材料CdS作为缓冲层,因此,缓冲层与吸收层之间的界面质量和能带匹配对载流子的收集利用至关重要.在优化CdS基础工艺的基础上,在含硫气氛下对硫化镉/铜基薄膜异质结进行退火的策略进一步提高CdS薄膜质量,并将其应用到铜基太阳电池,调控铜基薄膜电池p-n异质结能带匹配.研究表明, CdS薄膜在含硫的惰性气氛中退火可以有效提高CdS薄膜的结晶质量并抑制CZTS/CdS异质结界面的非辐射复合,器件的开路电压得到大幅提升,最高可达718 mV.在器件效率方面,基于溅射法的CZTS太阳电池效率从3.47%提升到5.68%,约为不退火处理的2倍.该研究为铜基薄膜太阳电池器件实现高开路电压提供了可靠的工艺窗口.同时,有力地说明了退火气氛选择对于CdS质量以及CZTS/CdS异质结能带匹配的重要性,除了界面互扩散以外,对薄膜材料组分及其结晶性等均实现了调控.

• 单位
  南开大学; 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室