近期，河南大學(xué)武四新教授課題組的研究成果《Synergistic Incorporation of NaF and CsF PDT for High Efficiency Kesterite Solar Cells: Unveiling of Grain Interior and Grain Boundary Effects》在Journal of Materials Chemistry A(J.Mater. Chem. A 2020, DOI:10.1039/D0TA08224D)上發(fā)表。目前該雜志影響因子為11.301。

堿金屬沉積后處理(PDT)工藝使Cu(In,Ga)Se2太陽(yáng)能電池世界效率取得連續(xù)突破。然而，對(duì)于其衍生的鋅黃錫礦Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) 太陽(yáng)能電池而言，受內(nèi)部缺陷化學(xué)環(huán)境和相結(jié)構(gòu)不同的影響，不同體系得到的堿金屬后處理效果規(guī)律并不一致，最有效的堿金屬種類(lèi)和作用機(jī)制仍不清晰。
圖1 堿金屬協(xié)同后處理CZTSSe太陽(yáng)能電池中Na和Cs的分布及主要作用機(jī)制

在這項(xiàng)工作中，通過(guò)宏觀和微觀性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，輕堿金屬和重堿金屬的作用機(jī)制有所不同。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步采用先NaF-PDT后再進(jìn)行CsF-PDT后沉積的方式協(xié)同作用以提高CZTSSe太陽(yáng)能電池的光伏性能。結(jié)果表明，Na原子隨機(jī)分布在晶粒內(nèi)部（GI）和晶界（GBs）中，顯著增加受體濃度并鈍化深能級(jí)缺陷，主要提升器件開(kāi)路電壓(Voc)。而Cs原子富集在GBs處，可以增加GBs電勢(shì)以提高器件FF。最終，二者對(duì)GI和GB電學(xué)性能的協(xié)同增效有效提升了器件的Voc和FF，器件效率達(dá)12.16%。該研究成果對(duì)于深入理解銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池中堿金屬的作用機(jī)制以及后續(xù)的高效光伏器件開(kāi)發(fā)具有重要的參考和借鑒意義。

特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究室碩士生常曉歡和博士生符俊杰為論文共一作者，武四新教授和寇東星副教授為論文的通訊作者。本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、河南省科技廳、河南省教育廳經(jīng)費(fèi)的大力支持。