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甲脒亚磺酸添加剂提升Sb2(S,Se)3薄膜质量及其光伏性能
倪晓萌, 许方贤, 刘静静, 张帅, 郭华飞, 袁宁一
无机材料学报    2025, 40 (4): 372-378.   DOI:10.15541/jim20240319
摘要   (136 HTML4 PDF(pc) (1847KB)(36)  

硒硫化锑(Sb2(S,Se)3)具有优异的光电特性, 是一种很有前景的光伏材料。然而, 目前Sb2(S,Se)3太阳能电池的最高光电转换效率(PCE)仍与理论极限有较大差距, 这部分归因于Sb2(S,Se)3薄膜中存在严重的载流子复合。本研究采用水热沉积法制备Sb2(S,Se)3薄膜, 在前驱体溶液中引入过程性添加剂甲脒亚磺酸(FSA), 不仅优化了Sb2(S,Se)3薄膜的(211)、(221)晶面取向和Se/S原子比例, 还控制了薄膜中载流子复合中心Sb2O3的含量。添加了FSA的太阳能电池的暗饱和电流密度(J0)和复合阻抗(Rrec)分别为1.10×10−5 mA·cm−2和3147 Ω·cm−2, 明显优于参照器件(J0=5.17×10−5 mA·cm−2, Rrec=974.3 Ω·cm−2), 表明FSA显著抑制了Sb2(S,Se)3太阳能电池的载流子复合。在AM 1.5G太阳光模拟器照射下, 添加了FSA的太阳能电池的开路电压(VOC)、短路电流密度(JSC)、填充因子(FF)和PCE的平均值分别为0.69 V、18.46 mA·cm−2、63.60%和8.04%, 较参照器件(0.67 V、17.82 mA·cm−2、62.27%和7.70%)均明显提升, 最优未封装器件PCE达8.21%, 在空气中老化120 d仍保持初始PCE的82.1%。


Sample Rs Rrec CPE
FSA-0 50.77 974.3 1.08×10−8
FSA-0.1 49.08 3147 1.44×10−9
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表1 Sb2(S,Se)3太阳能电池的EIS谱图拟合数据(Ω·cm−2)
正文中引用本图/表的段落
为进一步评估载流子复合和FSA影响器件性能的原因, 测试了FSA-0和FSA-0.1器件的暗电流、EIS谱图和C-V曲线。暗电流测试结果(图5(c))显示了不同器件的漏电流密度, FSA-0器件的J0和二极管理想因子(A)分别为5.17×10?5 mA·cm?2和1.48, 而FSA-0.1器件分别为1.10×10?5 mA·cm?2和1.36, FSA-0.1器件具有更低的J0A(更接近1), 表明添加FSA可抑制载流子复合[33-34]。通过EIS谱图和等效电路拟合, 进一步分析不同器件的载流子复合情况。图5(d)为FSA-0及FSA-0.1器件在黑暗条件、0.6 V偏置电压下测得的奈奎斯特(Nyquist)曲线, 显示出典型的单半圆形状, 用插图中的等效电路拟合, 获得器件的串联阻抗(Rs)和Rrec, 如表1所示。Rs取决于材料电阻及器件的界面接触电阻, FSA-0.1器件的Rs略低于FSA-0器件, 这可能与FSA-0.1器件载流子传输得到改善有关; FSA-0.1器件的Rrec显著高于FSA-0器件, 再次证明FSA-0.1器件的载流子复合得到明显抑制。
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