利用無(wú)機(jī)空穴傳輸層提高Cu?SrSnS?太陽(yáng)能電池的性能

CdTe 和 CIGSe 等薄膜太陽(yáng)能電池因其低生產(chǎn)成本和出色的功率轉(zhuǎn)換效率 （PCE） 而受到廣泛關(guān)注。然而，組成元素的毒性和稀缺性限制了它們的廣泛使用。

近日，Cu2SrSnS4半導(dǎo)體因其卓越的吸收特性（包括無(wú)毒、地球豐度、可調(diào)帶隙等）而成為一種潛在的替代品。但是，它仍處于新興階段，PCE 僅為 0.6%，這表明它需要顯著增強(qiáng)才能與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)。

開路電壓大 （VOC （英超頻）） 損耗會(huì)限制其性能，這主要源于與傳輸層的頻帶對(duì)齊不當(dāng)。發(fā)現(xiàn)理想的設(shè)備配置是增強(qiáng)其 PCE 的最佳解決方案。

最近，SCAPS-1D 仿真軟件因其可靠性和在不消耗材料的情況下在更短的時(shí)間內(nèi)研究太陽(yáng)能電池特性的優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注。在我們發(fā)表在《固體物理與化學(xué)雜志》上的工作中，我們提出了幾種器件配置，并全面研究了 Cu 的性能2SrSnS4使用 SCAPS-1D 的太陽(yáng)能電池。

我們?cè)O(shè)計(jì)了六種銅2SrSnS4基于硫?qū)倩锖脱趸锘昭?a class="contentlabel" href="http://www.czjhyjcfj.com/news/listbylabel/label/傳輸層">傳輸層 （HTL） 的超態(tài)構(gòu)型太陽(yáng)能電池，即 Sb2S3、MoS2銅3BiS3、NiO、CuAlO2和 Cu2O 的 Ol，ZnMgO 作為電子傳遞層 （ETL）。此外，我們還設(shè)計(jì)了不含 HTL 的太陽(yáng)能電池，以了解 HTL 在性能增強(qiáng)方面的重要性。

它們的性能被廣泛分析為每層基本參數(shù)的函數(shù)，例如厚度、載流子密度、缺陷密度和界面特性。這些優(yōu)化的最終結(jié)果是顯著的。添加 HTL 提高了 PCE，與硫系元素 HTL 相比，基于氧化物 HTL 的太陽(yáng)能電池提供了更高的性能，Cu 的冠軍 PCE 為 18.48%2O HTL.

我們進(jìn)一步對(duì)各種基于 HTL 的太陽(yáng)能電池進(jìn)行了比較分析，以發(fā)現(xiàn) Cu 占據(jù)主導(dǎo)地位的原因2O HTL 優(yōu)于其他。該研究的重點(diǎn)是從 SCAPS-1D 中提取的每個(gè)太陽(yáng)能電池的能帶圖、電場(chǎng)、生成、復(fù)合速率、奈奎斯特圖和電子分布。

我們確定 Cu2O 太陽(yáng)能電池在吸收器和 HTL 的界面處具有完美的能帶對(duì)準(zhǔn)，空穴和電子勢(shì)壘分別為 -0.04 eV 和 0.46 eV。此外，它在負(fù)極顯示出更高的電場(chǎng)，復(fù)合電阻為 9.4×105Ω.cm2和低 VOC （英超頻）與其他人相比，赤字。

總之，我們的工作為光伏界提供了有希望的指南，以理解 HTL 在提高太陽(yáng)能電池效率方面的重要性。所以，我們認(rèn)為 Cu 的制造2SrSnS4太陽(yáng)能電池用冠軍器件結(jié)構(gòu) FTO/ZnMgO/Cu2SrSnS4/銅2O/Ni 會(huì)提高 Cu 的 PCE2SrSnS4 未來的太陽(yáng)能電池。

具有多種無(wú)機(jī) HTL 的 Cu?SrSnS? 太陽(yáng)能電池的示意圖 圖片來源：固體物理與化學(xué)雜志（2025 年）;DOI： 10.1016/j.jpcs.2025.112732