Китайские ученые повысили эффективность CZTSe-батарей до 8,04% с помощью фторида калия

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа из Шаньдунского полицейского колледжа (Shandong Police College) в Китае разработала новый метод мягкой химической обработки, направленный на повышение эффективности солнечных элементов на основе меди-цинка-олова-селена (CZTSe).

Исследовательская группа отмечает, что механизм обработки CZTSe-солнечных элементов щелочными металлами всё ещё требует углублённого изучения. Обработка натрием или калием значительно улучшает характеристики тонкоплёночных солнечных элементов, оказывая важное влияние на устройства за счёт пассивации поверхности поглощающего слоя, уменьшения дефектов на границах зёрен, оптимизации качества кристаллов и увеличения концентрации носителей заряда.

Данный метод предполагает обработку поглощающего слоя раствором фторида калия (KF). Исследовательская группа изготовила CZTSe-элементы на подложках из натриево-кальциевого стекла (SLG) с нанесённым молибденовым (Mo) тыльным контактом. Слои-предшественники из меди (Cu), цинка (Zn) и олова (Sn) осаждались методом магнетронного распыления с корректировкой состава до обеднённого медью и обогащённого цинком. Затем предшественники погружались в раствор KF с концентрацией 0, 3, 6 или 9 ммоль/л на 20 минут и высушивались при 80°C в течение 20 минут.

Затем образцы подвергались селенизации в атмосфере селена при 550°C для формирования поглощающего слоя CZTSe. Изготовление элементов завершалось осаждением буферного слоя сульфида кадмия (CdS) толщиной 50 нм, а также слоёв собственного оксида цинка (i-ZnO), оксида цинка, легированного алюминием (AZO), и переднего контакта из никеля/алюминия (Ni/Al). Конечная структура устройства: SLG/Mo/CZTSe/CdS/i-ZnO/AZO/Ni:Al.

После изготовления группа охарактеризовала устройства с помощью сканирующей электронной микроскопии, измерений плотности тока-напряжения (J-V), измерений внешней квантовой эффективности (EQE) и измерений ёмкости-напряжения (C-V). Результаты показали, что при увеличении концентрации KF до оптимального значения 6 ммоль/л характеристики CZTSe улучшаются, но дальнейшее увеличение до 9 ммоль/л приводит к их ухудшению.

Устройство, обработанное 6 ммоль/л KF, достигло эффективности 8,04%, напряжения холостого хода 0,392 В, плотности тока короткого замыкания 34,3 мА/см² и коэффициента заполнения 59,7%. Для сравнения, соответствующие значения эталонного устройства без обработки KF составили 6,59%, 0,332 В, 33,7 мА/см² и 58,8%.

Для изучения внутреннего механизма группа использовала симуляционное программное обеспечение wxAMPS для исследования влияния дефектов на границе раздела и плотности носителей заряда на характеристики устройств. Изменяя параметры, было обнаружено, что уменьшение дефектов на границе раздела может значительно повысить эффективность и напряжение холостого хода за счёт подавления рекомбинации носителей, в то время как увеличение плотности носителей снижает производительность.

Исследовательская группа резюмирует, что калий способствует росту зёрен CZTSe в процессе высокотемпературной селенизации и уменьшает образование пустот при росте плёнки. Мягкая обработка KF также обеспечивает избыточный источник калия, эффективно подавляя поверхностное разложение, особенно снижая потери олова за счёт уменьшения десорбции SnSe(g), что улучшает границу раздела CdS/CZTSe.

Результаты данной работы были опубликованы в журнале «Materials Today Communications» под названием «Инженерия границы раздела с помощью обработки калием для регулирования носителей заряда в эффективных CZTSe-солнечных элементах» (Potassium processing interface engineering for carrier regulation of efficient CZTSe solar cells).

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com