液相法可控制备OVC相的高效CIGS太阳能电池

研究表明，在高效CIGS电池的吸收层表面通常存在一层贫铜组分的有序缺陷化合物（2VCu+InCu，OVC），OVC相可以极大提高CIGS/CdS异质结质量，从而提升CIGS器件效率。在液相法制备薄膜中，由于无法实现元素在制备过程中的实时调控，很难实现CIGS表面OVC的可控形成。近期，河南大学武四新教授课题组通过分析OVC相的形成机理，设计了一种在吸收层表面沉积贫铜CIGS化合物的方式，利用在硒化成膜过程中Cu元素的扩散，实现CIGS表面OVC的制备。通过控制硒化温度以及顶层和体相前驱体薄膜的Cu/(In+Ga)化学计量，可以实现Cu(In,Ga)Se2表面OVC相的可控制备（图1）。

图1. OVC相制备过程示意图

图2. CIGS器件的能带结构示意图

通过测试分析，武四新教授课题组发现表面OVC相提升CIGS电池效率的原因主要来源于以下几点：

（1）OVC相使CIGS表面的价带能级位置向下移动，形成空穴往缓冲层传输的势垒，抑 制载流子在CIGS/CdS的复合。

（2）OVC相的形成可以有效降低界面的缺陷浓度。

图3  7种OVC结构的拉曼光谱、J-V曲线和FF数

图4 有/无OVC结构CIGS器件的Cu元素TOF-SIMS剖面、EQE曲线、USP光谱

图5 有/无OVC结构CIGS器件在不同温度下暗态J-V曲线
 

文章信息

这一成果以“Controllable Formation of Ordered Vacancy Compound for High Efficiency Solution Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”为题发表在Advanced functional materials上。河南大学赵云海为论文主要作者，武四新教授和袁胜杰博士为论文通讯作者

文章链接https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04399

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司“SolarIV”系列 太阳能电池伏安特性测量系统，如需了解该产品，欢迎咨询我司。

河南大学武四新教授课题组简介

河南大学武四新教授课题组名称：光电功能材料以及太阳能薄膜电池。