热解耦硒化工艺使得硫化镉太阳能电池的认证效率达到15.3%

《Nature Communications》：Thermal-decoupled selenization enables kesterite solar cells with 15.3% certified efficiency

　　

摘要

Cu₂ZnSn(S,Se)₄钙钛矿太阳能电池虽在可持续光伏领域具有巨大潜力，但其硒化过程中的结晶动力学尚不明确，这导致了双层结晶现象的产生，进而形成有害的水平晶界、空洞以及次生相。本研究将这一问题归因于背界面处的早期硒驱动反应，该反应会形成低熔点的Cu(S,Se)相，从而引发不受控制的逆向结晶。为解决这一问题，我们提出了一种热解耦硒化策略，在初始阶段形成垂直的硒浓度梯度。该方法将硒的供应与Cu(S,Se)的形成温度范围分开，从而抑制双层结晶。这样一来，就可以促使自上而下的柱状晶粒生长，这些晶粒有助于提升载流子传输效率并减少复合现象，最终使得所制备的器件实现了15.7%的功率转换效率（经认证为15.3%）。这一方法为理解结晶动力学提供了重要见解，同时也可应用于溶液法处理的Cu(In,Ga)Se₂太阳能电池，因此对各种铜基硫属化合物材料具有重要意义。