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N-type Ag2S modified CZTSSe solar cell with lowest Voc,def
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-10-26 , DOI: 10.1039/d4ee03244f Jin Yang, Junjie Fu, Weiwei Dong, Shu Ren, Xin Zhang, Jingyi Su, Chaoliang Zhao, Meng Wei, Dandan Zhao, Yange Zhang, Sixin Wu, Zhi Zheng
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-10-26 , DOI: 10.1039/d4ee03244f Jin Yang, Junjie Fu, Weiwei Dong, Shu Ren, Xin Zhang, Jingyi Su, Chaoliang Zhao, Meng Wei, Dandan Zhao, Yange Zhang, Sixin Wu, Zhi Zheng
One of the primary challenges impeding an improvement in the efficiency of kesterite (CZTSSe) solar cells is the significant open-circuit voltage deficit (Voc,def), which is mainly due to high defect concentrations and energy level mismatches at the heterojunction interface. Here, we propose a novel low-temperature surface modification strategy by the in situ incorporation of n-type Ag2S at the front interface of CZTSSe. We first found that the formation of narrow-bandgap Ag2S induces secondary diffusion of microregion elements on the CZTSSe absorber surface. During annealing, Sn- and Zn-doped Ag2S forms and serves three critical functions in CZTSSe devices: boosting of p–n conversion, front-interface bandgap grading, and defect passivation. These processes collectively reduce the carrier transport barrier and enhance charge extraction capability. Additionally, the outward diffusion of Ag+ to the absorber surface partially substitutes Cu+, reducing concentrations of CuZn, CuSn, and [2CuZn + SnZn] defects, thereby suppressing non-radiative recombination. Notably, the efficiency of an Ag2S-modified CZTSSe device increases from 12.38% to 14.25%, achieving the highest Voc to date at 0.584 V and the lowest Voc,def of only 0.228 V. This novel strategy offers new insights for significantly promoting Voc in p-type copper-based thin-film solar cells.
中文翻译:
具有最低 Voc,def 的 N 型 Ag2S 改性 CZTSSe 太阳能电池
阻碍钙钛矿 (CZTSSe) 太阳能电池效率提高的主要挑战之一是显着的开路电压赤字 (Voc,def),这主要是由于异质结界面处的高缺陷浓度和能级不匹配。在这里,我们提出了一种新的低温表面改性策略,通过在 CZTSSe 的正面界面原位掺入 n 型 Ag2S。我们首先发现窄带隙 Ag2S 的形成诱导了 CZTSSe 吸收器表面微区域元素的二次扩散。在退火过程中,Sn 和 Zn 掺杂的 Ag2S 形成并在 CZTSSe 器件中发挥三个关键功能:促进 p-n 转换、前界面带隙分级和缺陷钝化。这些过程共同减少了载流子传输障碍并增强了电荷提取能力。此外,Ag+ 向外扩散到吸收体表面部分取代了 Cu+,降低了 CuZn、CuSn 和 [2CuZn + SnZn] 缺陷的浓度,从而抑制了非辐射复合。值得注意的是,Ag2S 改性 CZTSSe 器件的效率从 12.38% 提高到 14.25%,实现了迄今为止最高的 V oc 为 0.584 V,最低的 Voc,def 仅为 0.228 V。这种新颖的策略为显著促进 p 型铜基薄膜太阳能电池中的 Voc 提供了新的见解。
更新日期:2024-10-26
中文翻译:
具有最低 Voc,def 的 N 型 Ag2S 改性 CZTSSe 太阳能电池
阻碍钙钛矿 (CZTSSe) 太阳能电池效率提高的主要挑战之一是显着的开路电压赤字 (Voc,def),这主要是由于异质结界面处的高缺陷浓度和能级不匹配。在这里,我们提出了一种新的低温表面改性策略,通过在 CZTSSe 的正面界面原位掺入 n 型 Ag2S。我们首先发现窄带隙 Ag2S 的形成诱导了 CZTSSe 吸收器表面微区域元素的二次扩散。在退火过程中,Sn 和 Zn 掺杂的 Ag2S 形成并在 CZTSSe 器件中发挥三个关键功能:促进 p-n 转换、前界面带隙分级和缺陷钝化。这些过程共同减少了载流子传输障碍并增强了电荷提取能力。此外,Ag+ 向外扩散到吸收体表面部分取代了 Cu+,降低了 CuZn、CuSn 和 [2CuZn + SnZn] 缺陷的浓度,从而抑制了非辐射复合。值得注意的是,Ag2S 改性 CZTSSe 器件的效率从 12.38% 提高到 14.25%,实现了迄今为止最高的 V oc 为 0.584 V,最低的 Voc,def 仅为 0.228 V。这种新颖的策略为显著促进 p 型铜基薄膜太阳能电池中的 Voc 提供了新的见解。