基于WS2/Sb2S3传输层的CuInSe2薄膜太阳能电池性能优化研究

《Inorganic Chemistry Communications》：Performance analysis of CuInSe 2-based thin-film solar cells with different electron transport and hole transport materials by SCAPS-1D

本文通过SCAPS-1D仿真软件，首次提出采用WS2作为电子传输层（ETL）和Sb2S3作为空穴传输层（HTL）的新型CuInSe2薄膜太阳能电池结构，通过系统优化各层厚度、掺杂浓度等参数，最终实现30.78%的转换效率，为无毒环保型光伏技术发展提供理论依据。

　　

Section snippets

Device modeling and simulation

本研究采用一维太阳能电池仿真软件SCAPS-1D模拟工具，在不同物理和环境条件下优化器件参数[54,55]。该方法有助于理解不同材料、界面和缺陷对太阳能电池光伏（PV）性能的影响。本文利用SCAPS-1D仿真器设计和分析基于CuInSe₂的太阳能能源系统。通过电流密度-电压（J-V）曲线、光谱响应等参数评估器件性能，为高效电池设计提供理论支撑。

Enhancement of CuInSe₂ solar cell performance

选择合适的HTL对于实现CuInSe₂基薄膜太阳能电池的高效率至关重要。本研究引入多种HTL材料（包括CuI、SnS、Cu₂O和Sb₂S₃）评估其对器件性能的影响。所提出的异质结CuInSe₂太阳能电池采用多层结构：ITO前接触层（0.05?μm）、WS₂电子传输层（0.05?μm）、CuInSe₂吸收层（1.0?μm）以及HTL层（0.1?μm）。图3(a)展示了不同HTL配置下的电流-电压（J-V）特性曲线，生动揭示了Sb₂S₃在提升开路电压和填充因子方面的独特优势。

Conclusions

本研究通过SCAPS-1D仿真器数值设计并评估了新型Ni/Sb₂S₃/CuInSe₂/WS₂/ITO/Al结构的CuInSe₂薄膜太阳能电池。该异质结采用Sb₂S₃作为背场p⁺型空穴传输层，WS₂作为前表面n型电子传输层，有效增强载流子选择性并抑制界面复合。通过对比不同HTL和ETL材料的性能差异，发现当Sb₂S₃与吸收层形成理想能带配置时，能显著提升电池的光伏输出性能，为下一代环保光伏器件设计开辟了新路径。