《Materials Research Bulletin》：Copper Salt Engineering of CuInSSe Thin Films for High-Efficiency Solar Cells
编辑推荐：
•CISSe薄膜采用喷雾热解法沉积，通过改变铜盐类型，以水为溶剂，无需化学处理（如使用肼）。•铜盐类型对光电、电化学和结构性质有显著影响。•喷雾溶液中的碘化铜盐使薄膜在FTO基底上具有显著更高的结晶度和导电性，厚度超过一微米，晶粒尺寸大（550纳米）。•首次报道了使用不同类型
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CISSe薄膜采用喷雾热解法沉积，通过改变铜盐类型，以水为溶剂，无需化学处理（如使用肼）。
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铜盐类型对光电、电化学和结构性质有显著影响。
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喷雾溶液中的碘化铜盐使薄膜在FTO基底上具有显著更高的结晶度和导电性，厚度超过一微米，晶粒尺寸大（550纳米）。
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首次报道了使用不同类型铜盐通过化学喷雾热解法生长CISSe薄膜。
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通过CISSe太阳能电池的实验数据对模型进行模拟和验证。
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将传统的ZnO/ZnO:Al层替换为ZnOS窗口层后，喷雾CISSe太阳能电池的效率提高至17.28%。
引言
铜铟硒化物（CISe）是一种I–III–VI族半导体化合物，已成为光伏研究中的关键材料。CISe薄膜已应用于空穴传输材料[1]、高密度光学数据存储、半导体、光电子器件和太阳能电池[2]、水裂解系统[3]、太阳能产氢[4]以及光电化学应用（如水的光电解、光催化剂[5]、[6]）等领域。这些广泛的应用归功于其可调带隙、高吸收系数、优异的化学和热稳定性、低成本、性能稳定以及可忽略的光致降解[7]、[8]。制备CISe薄膜的两种主要方法是真空法和非真空法。真空法主要包括蒸发法和溅射法[9]、[10]，而非真空法包括电沉积、化学喷雾热解法（CSP）以及使用分子或纳米颗粒墨水的旋涂法[11]、[12]、[13]、[14]。在众多沉积技术中，基于溶液的化学喷雾热解法（CSP）因其低成本、操作简便、沉积速率高以及适用于大面积薄膜制备而成为一种有前景的方法[12]、[15]。在该方法中，通过改变关键沉积参数，可以精确调控沉积CISe薄膜的性质，包括前驱体摩尔比和浓度[16]、喷雾溶液密度、粘度和表面张力[17]、硫源、前驱体溶液中的添加剂含量、气溶胶液滴尺寸和喷雾速率、沉积时间、基底温度以及初始溶液pH值[15]、[18]。
尽管目前已研究了广泛的沉积参数，但喷雾前驱体溶液中金属盐选择的影响仍未得到充分探索。我们此前的研究揭示，喷雾前驱体溶液中铟盐的选择在确定通过喷雾热解法沉积的CIS薄膜性质方面起着关键作用[19]。然而，据了我们所知，前驱体溶液中铜盐类型对通过化学喷雾热解法沉积的CIS薄膜性质的影响尚未见报道。
本研究系统探讨了将不同铜盐引入喷雾沉积CISe吸收层薄膜的过程，以阐明铜前驱体类型对CISe吸收层结构、光学、电化学和电导率性质的影响。铜前驱体从氯化铜到碘化铜和硝酸铜进行了系统变化，以确定喷雾沉积CISe吸收层的最合适来源。对相应的薄膜质量和光伏参数进行了比较，以阐明铜源对CISe基太阳能电池性能的影响。
此外，将传统的ZnO:Al窗口层替换为ZnO???S?（ZnOS）以提高器件效率。通过模拟FTO/CISe/CdS/ZnO???S?/Ni/Al器件结构研究了ZnOS窗口层的影响。调节ZnOS中的硫氧比可以实现对CdS/ZnOS界面导带偏移（CBO）的调控，从而优化光伏效率。
章节摘要
实验
采用化学喷雾热解法（CSP）在氟掺杂氧化锡（FTO）基底（15 Ω/sq，Dyesol）上制备CISe吸收层薄膜。为评估铜前驱体类型的影响，通过将铜盐混合物、氯化铟和硫脲（TU）溶解于去离子（DI）水中配制分子CIS前驱体溶液。在所有实验中，铜（0.08 M）、铟（0.1 M）和硫（0.4 M）的前驱体浓度均保持不变。铜金属的
结构与形貌研究
图2展示了使用不同铜盐制备的CISe薄膜的FESEM图像。使用碘化铜和硝酸铜沉积的CISe薄膜具有致密、无裂纹的表面，平均晶粒尺寸分别约为0.55 μm和0.28 μm，晶界清晰。相比之下，使用氯化铜获得的薄膜呈现多孔、岛状形貌，晶粒尺寸显著减小（约0.07 μm），晶界密度更高。低倍放大的
数值模拟研究
本研究采用SCAPS程序进行模拟分析。实验CISe电池结果用于验证数学模型，并指导对外部量子效率（EQE）发展的准确分析。验证结果见补充材料。复现了包括EQE和J–V曲线在内的参考数据以提取电池参数。图7(a, b)展示了实验参考值与
结论
本研究通过化学喷雾热解法在FTO基底上沉积了CuInSe?（CISe）薄膜，使用环保的去离子水作为溶剂。系统研究了前驱体溶液中铜盐对薄膜结构、形貌、光学和电化学性质以及CISe太阳能电池性能的影响。X射线衍射（XRD）分析确认所有薄膜均呈现无二次相的
CRediT作者贡献声明
Nima Taghavini：资金获取。Seyed Mohammad Bagher Ghorashi：撰写——审阅与编辑，资源。Fariba Tajabadi：资源，方法论。Dariush Madadi：数据管理。Maryam Hashemi：撰写——初稿。
竞争利益声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报道的工作。
致谢
作者感谢德黑兰舍里夫科技大学纳米粒子与涂层实验室（NCL）对本工作的支持。
补充材料
CISSe薄膜的低倍放大FESEM图像、CISSe薄膜类型的EDS结果、光伏电池的数学模型、基本输入参数、参考电池的校准以及模拟的J-V曲线。
Maryam Hashemi|Dariush Madadi|Fariba Tajabadi|Seyed Mohammad Bagher Ghorashi|Nima Taghavinia
