On the Germanium Incorporation in Cu2ZnSnSe4 Kesterite Solar Cells Boosting Their Efficiency
On the Germanium Incorporation in Cu2ZnSnSe4 Kesterite Solar Cells Boosting Their Efficiency
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Cu2ZnSnSe4 锌黄锡太阳能电池中掺入锗可提高其效率
DOI：
10.1021/acsaem.9b01784
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
C. S. Schnohr
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Ritzer;S. Schönherr;P. Schöppe;W. Wisniewski;S. Giraldo;G. Gurieva;A. Johannes;C. T. Plass;K. Ritter;G. Martínez-Criado;S. Schorr;E. Saucedo;C. Ronning;C. S. Schnohr
在薄膜kesterite Cu2ZnSnSe4（CZTSe）太阳能电池吸收剂的合成过程中，Ge的存在提高了它们的功率转换效率，特别是由于开路电压的提高。这种有益作用背后的机制仍在争论中。我们将先进的同步加速器纳米探针x射线荧光光谱和x射线吸收近边结构光谱应用于高效设备的横截面薄片，深入了解了Ge的作用。我们观察到Ge在合成过程后仍以特定的非均相分布存在于CZTSe吸收层中。不同的谷物含有不同的锗浓度。此外，Ge损耗存在于随机晶界，而不存在于对称的Σ3-boundaries晶界，导致不同的能带排列。在CZTSe晶体结构中，掺入的Ge占据了Sn晶格位；然而，浓度仅为0.1至0.5在%。此外，锗在纳米级包裹体中聚集，我们可以确定这是geo2，这可能会减少锗对光伏性能的有益影响。
The presence of Ge during the synthesis of thin film kesterite Cu2ZnSnSe4(CZTSe) solar cell absorbers boosts their power conversion efficiency, especially due to an improved open circuit voltage. The mechanism underlying this beneficial effect of Ge is still under debate. We gained deep insights into the role of Ge by applying advanced synchrotron nanoprobe-based X-ray fluorescence spectroscopy and X-ray absorption near-edge structure spectroscopy to cross-sectional lamellas taken from high efficiency devices. We observe that Ge remains in the CZTSe absorber layer after the synthesis process with a specific heterogeneous distribution. Different grains contain different Ge concentrations. Moreover, Ge depletion exists at random grain boundaries but not at symmetric Σ3-boundaries, leading to different band alignments. The incorporated Ge occupies Sn lattice sites in the CZTSe crystal structure; however, the concentration is only 0.1 to 0.5 at %. Also Ge aggregates in nanoscale inclusions, which we could identify to be GeO2that likely lessen the beneficial effect of Ge on the photovoltaic performance.
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