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Sb2S3 Thin-Film Solar Cells Fabricated from an Antimony Ethyl Xanthate Based Precursor in Air
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-08-28 , DOI: 10.1021/acsami.3c08547 Jako S Eensalu 1, 2 , Sreekanth Mandati 1 , Christopher H Don 3 , Harry Finch 3 , Vinod R Dhanak 3 , Jonathan D Major 3 , Raitis Grzibovskis 4 , Aile Tamm 5 , Peeter Ritslaid 5 , Raavo Josepson 6 , Tanel Käämbre 2, 7 , Aivars Vembris 4 , Nicolae Spalatu 1 , Malle Krunks 1 , Ilona Oja Acik 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-08-28 , DOI: 10.1021/acsami.3c08547 Jako S Eensalu 1, 2 , Sreekanth Mandati 1 , Christopher H Don 3 , Harry Finch 3 , Vinod R Dhanak 3 , Jonathan D Major 3 , Raitis Grzibovskis 4 , Aile Tamm 5 , Peeter Ritslaid 5 , Raavo Josepson 6 , Tanel Käämbre 2, 7 , Aivars Vembris 4 , Nicolae Spalatu 1 , Malle Krunks 1 , Ilona Oja Acik 1
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The rapidly expanding demand for photovoltaics (PVs) requires stable, quick, and easy to manufacture solar cells based on socioeconomically and ecologically viable earth-abundant resources. Sb2S3 has been a potential candidate for solar PVs and the efficiency of planar Sb2S3 thin-film solar cells has witnessed a reasonable rise from 5.77% in 2014 to 8% in 2022. Herein, the aim is to bring new insight into Sb2S3 solar cell research by investigating how the bulk and surface properties of the Sb2S3 absorber and the current–voltage and deep-level defect characteristics of solar cells based on these films are affected by the ultrasonic spray pyrolysis deposition temperature and the molar ratio of thiourea to SbEX in solution. The properties of the Sb2S3 absorber are characterized by bulk- and surface-sensitive methods. Solar cells are characterized by temperature-dependent current–voltage, external quantum efficiency, and deep-level transient spectroscopy measurements. In this paper, the first thin-film solar cells based on a planar Sb2S3 absorber grown from antimony ethyl xanthate (SbEX) by ultrasonic spray pyrolysis in air are demonstrated. Devices based on the Sb2S3 absorber grown at 200 °C, especially from a solution of thiourea and SbEX in a molar ratio of 4.5, perform the best by virtue of suppressed surface oxidation of Sb2S3, favorable band alignment, Sb-vacancy concentration, a continuous film morphology, and a suitable film thickness of 75 nm, achieving up to 4.1% power conversion efficiency, which is the best efficiency to date for planar Sb2S3 solar cells grown from xanthate-based precursors. Our findings highlight the importance of developing synthesis conditions to achieve the best solar cell device performance for an Sb2S3 absorber layer pertaining to the chosen deposition method, experimental setup, and precursors.
中文翻译：
以乙基黄原酸锑为原料在空气中制备 Sb2S3 薄膜太阳能电池
对光伏 (PV) 的需求迅速增长，需要基于社会经济和生态上可行的地球丰富资源来稳定、快速且易于制造太阳能电池。Sb 2 S 3一直是太阳能光伏的潜在候选者，平面Sb 2 S 3薄膜太阳能电池的效率已从2014年的5.77％合理上升到2022年的8％。在此，目标是带来新的通过研究超声喷雾热解沉积如何影响 Sb 2 S 3吸收体的体积和表面特性以及基于这些薄膜的太阳能电池的电流-电压和深层缺陷特性，深入了解 Sb 2 S 3太阳能电池研究温度以及溶液中硫脲与 SbEX 的摩尔比。Sb 2 S 3吸收剂的性质通过体敏感方法和表面敏感方法来表征。太阳能电池的特点是与温度相关的电流电压、外部量子效率和深能级瞬态光谱测量。在本文中，展示了第一个基于平面Sb 2 S 3吸收体的薄膜太阳能电池，该吸收体是通过在空气中超声喷雾热解从乙基黄原酸锑（SbEX）生长的。基于在 200 °C 下生长的 Sb 2 S 3吸收剂的器件，特别是从摩尔比为 4.5 的硫脲和 SbEX 溶液中生长的器件，由于抑制了 Sb 2 S 3的表面氧化、有利的能带排列、Sb 的性能而表现最佳。 -空位浓度、连续的薄膜形貌和75 nm的合适薄膜厚度，实现了高达4.1%的功率转换效率，这是迄今为止由黄原酸盐基前驱体生长的平面Sb 2 S 3太阳能电池的最佳效率。我们的研究结果强调了开发合成条件的重要性，以实现与所选沉积方法、实验装置和前体相关的Sb 2 S 3吸收层的最佳太阳能电池器件性能。
更新日期：2023-08-28
中文翻译：
以乙基黄原酸锑为原料在空气中制备 Sb2S3 薄膜太阳能电池
对光伏 (PV) 的需求迅速增长，需要基于社会经济和生态上可行的地球丰富资源来稳定、快速且易于制造太阳能电池。Sb 2 S 3一直是太阳能光伏的潜在候选者，平面Sb 2 S 3薄膜太阳能电池的效率已从2014年的5.77％合理上升到2022年的8％。在此，目标是带来新的通过研究超声喷雾热解沉积如何影响 Sb 2 S 3吸收体的体积和表面特性以及基于这些薄膜的太阳能电池的电流-电压和深层缺陷特性，深入了解 Sb 2 S 3太阳能电池研究温度以及溶液中硫脲与 SbEX 的摩尔比。Sb 2 S 3吸收剂的性质通过体敏感方法和表面敏感方法来表征。太阳能电池的特点是与温度相关的电流电压、外部量子效率和深能级瞬态光谱测量。在本文中，展示了第一个基于平面Sb 2 S 3吸收体的薄膜太阳能电池，该吸收体是通过在空气中超声喷雾热解从乙基黄原酸锑（SbEX）生长的。基于在 200 °C 下生长的 Sb 2 S 3吸收剂的器件，特别是从摩尔比为 4.5 的硫脲和 SbEX 溶液中生长的器件，由于抑制了 Sb 2 S 3的表面氧化、有利的能带排列、Sb 的性能而表现最佳。 -空位浓度、连续的薄膜形貌和75 nm的合适薄膜厚度，实现了高达4.1%的功率转换效率，这是迄今为止由黄原酸盐基前驱体生长的平面Sb 2 S 3太阳能电池的最佳效率。我们的研究结果强调了开发合成条件的重要性，以实现与所选沉积方法、实验装置和前体相关的Sb 2 S 3吸收层的最佳太阳能电池器件性能。
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