2022世界杯预选赛(www.x2w888.com):南京邮电大学在铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池领域研究取得突破性希望

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铜锌锡硫薄膜太阳能电池领域面临的最大挑战是开路电压损失大,而制约开路电压的要害因素及其作用机制一直没有定论。近期,南京邮电大学质料院IAM团队的辛颢教授课题组在前期事情基础上,通过研究组分完全差其余两类前驱体薄膜的晶粒生长历程及其对质料和电池性能的影响,探明晰铜锌锡硫薄膜电池开路电压损失的泉源及其作用机制,在国际主要学术期刊 《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)揭晓了题为“Identifying the origin of the Voc deficit of kesterite solar cells from the two grain growth mechani *** s induced by Sn2+ and Sn4+ precursors in DMSO solution”的研究论文。

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铜锌锡硫(CZTSSe)薄膜电池吸光层质料组成元素地壳品貌高,理论转化效高,是有望实现低成本、高效的绿色光伏手艺,但现在铜锌锡硫硒电池的生长遭遇空前的瓶颈期,效率停留在2013年的12.6%。 该课题组前期的研究解释, 前体锡化合物的两种氧化态(Sn2+和Sn4+)对DMSO溶液法制备的前驱体膜的组成具有显著影响并进而导致CZTSSe电池开路电压的显著差异,由Sn4+溶液获得了效率12.4%,开路电压损失天下最小纪录的CZTSSe电池器件 (SCIENCE CHIA Materials, 2020)。课题组以此为基础,深入研究了两种差异前驱体薄膜到吸光层膜的硒化反映路径及晶粒生长历程,发现 由Sn2+前体溶液制备的多种二级相(Cu2S, ZnS, SnS, CZTS)组成的前驱体薄膜履历典型的硒化取代反映后再熔合的晶粒生长历程,而最后的融合发生在薄膜外面,导致在薄膜外面形成大量的缺陷,这些缺陷是导致开路电压损失的基本缘故原由,而由Sn4+前驱体溶液获得的前驱体薄膜由单一CZTS相组成,该薄膜履历简朴的取代反映和平均的自上而下和自下而上的晶粒生长路径,获得的薄膜外面缺陷少,电池开路电压高 (图1)。

图1. 由DMSO溶液制备的组份差其余两种前驱体薄膜的晶粒生长历程示意图

该研究功效说明晰铜锌锡硫电池开路电压损失的深层作用机制,为该领域的生长提供了主要的研究思绪,而且这种不经由二元相的直接的晶粒生长机制为高质量铜锌锡硫薄膜和其他多元素化合物半导体薄膜质料的制备提供了新的有用战略,具有主要的理论和现实应用意义。这一功效近期在能源领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》上揭晓,文章的第一作者为质料院博士研究生龚元才和已获得硕士学位的张一凡同砚,通讯作者为辛颢教授和闫伟博博士。该研究功效获得科技部重点研发设计(国际互助)重点项目和国家自然科学基金-地方团结重点项目和面上项目的支持。

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