双阳离子掺杂和界面钝化对柔性CZTSSe太阳电池性能的调控作用
批准号:
62074037
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
程树英
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
程树英
中文摘要
廉价环保的铜锌锡硫硒(CZTSSe)柔性太阳电池在便携式设备、航天航空等领域具有广阔的应用前景。但是,目前其转化效率仅为10.34%,主要受限于低的开路电压。本项目针对CZTSSe中存在大量的体缺陷、异质结界面态等导致的开路电压损耗大的问题,独辟蹊径提出采用溶液法和硒化技术在柔性Mo衬底上构筑双阳离子Ag&In共掺杂的CZTSSe(CAZTISSe)薄膜的新思路,以实现缺陷钝化和带隙调控。同时,通过控制环保型缓冲层ZnSnO(或ZnMgO)薄膜的元素比Zn/Sn(或Zn/Mg),与CAZTISSe薄膜构建一个结构和能带匹配的PN异质结CAZTISSe/ZnSnO(或CAZTISSe/ZnMgO),阐明其界面特性和钝化机制。进一步,将理论模拟与实验研究相结合,揭示Ag&In共掺杂、PN结特性与电池性能的相互关系,阐明提升该电池效率的一些关键物理机制,为发展新型绿色环保太阳电池提供新途径。
英文摘要
Cheap and environmental friendly flexible Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4 (CZTSSe) solar cells have a broad application prospect in portable equipment, aerospace and other fields. However, the power conversion efficiency is only 10.34% due to low open-circuit voltage (Voc). This research proposal aims to address the issues of large Voc loss caused by a large number of bulk defects and interface states of CZTSSe/CdS heterojunction. A new methodology is proposed to effectively passivate defects and adjust bandgap by preparing CZTSSe (CAZTISSe) thin films co-doped with double cations Ag&In on flexible Mo substrates via solution method and selenization technique. The Zn/Sn (or Zn/Mg) ratio of buffer layer ZnSnO (or ZnMgO) will be properly controlled to construct a CAZTISSe/ZnSnO (or CAZTISSe/ZnMgO) PN junction with suitable band alignment. The interface characteristics and carrier transport mechanism of the PN junction will be studied and revealed. By combining the theoretical simulation with experimental investigations, the relationships among Ag&In co-doping, PN heterojunction characteristics and device performances will be found. Key physical mechanisms for improving the efficiency of the flexible CAZTISSe solar cells will be clarified. The research results will provide a new way for the development of new green solar cells.
廉价环保的铜锌锡硫硒(CZTSSe)柔性太阳电池在便携式设备、航天航空等领域具有广阔的应用前景。但是,目前其转化效率与理论值的差距仍比较大,主要受限于低的开路电压。本项目采用溶液法和高温硒化工艺,通过双阳离子共掺杂技术,制备出结构稳定、带隙可调、性能良好的CZTSSe 吸收层薄膜,揭示了掺杂方式、掺杂离子种类及掺杂浓度对其器件光电性能调控的内在机制,获得了效率为10.53%(认证效率为10.12%)的高效柔性 CZTSSe 太阳电池,超过了预期目标(10%)。利用共溅射法制备了带隙可调、透过率和载流子浓度高的 ZTO薄膜,结合 SCAPS 仿真软件及实验表征,探索出 ZTO 薄膜的成分、厚度及退火温度等对柔性器件的光电性能的影响机制,制备出效率为8.7%的无镉环保型柔性 CZTSSe 太阳电池,这是迄今为止无镉环保型柔性 CZTSSe 太阳电池的最高效率。设计并制备了柔性双面CZTSSe太阳电池,该电池具有很好的双面对称性,前后面的效率分别为9.3%和9%;在弱光下仍可保持8.8%的高效率,并具有较高的可弯折性,满足室内柔性装饰的使用要求;本研究使柔性CZTSSe太阳电池在室内也能得到良好的应用,拓宽了柔性太阳电池的应用领域。阐明了共掺杂及 PN 异质结界面钝化等电池器件制备工艺、膜层结构、物理参数和界面特性等与电池性能之间的内在联系,为高效柔性CZTSSe太阳电池的制备奠定了基础。基于以上研究结果,获得福建省科技进步奖一等奖1项,在Nature Communications、Advanced Science、Journal of Energy Chemistry、Small、Solar RRL等刊物发表论文18篇,授权发明专利10件,培养了2名博士、4名硕士,承办了3次国际会议,出席国内和国际重要学术会议30余人次,项目负责人在相关学术会议上作5次特邀报告和1次口头报告。
前背两界面阳离子掺杂调控柔性CZTSSe太阳电池性能的作用机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:程树英
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依托单位:
基于柔性Mo衬底的无Cd环保型Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池研究
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批准号:61574038
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2015
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负责人:程树英
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依托单位:
Cu2ZnSnS4/In2S3异质结的光伏特性及载流子输运机理研究
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批准号:61340051
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2013
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负责人:程树英
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依托单位:
SnS薄膜的掺杂改性及其在太阳电池上的应用
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批准号:61076063
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2010
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负责人:程树英
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依托单位:
国内基金
海外基金