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研究表明，在高效CIGS電池的吸收層表面通常存在一層貧銅組分的有序缺陷化合物（2VCu+InCu，OVC），OVC相可以極大提高CIGS/CdS異質結質量，從而提升CIGS器件效率。在液相法制備薄膜中，由于無法實現元素在制備過程中的實時調控，很難實現CIGS表面OVC的可控形成。近期，河南大學武四新教授課題組通過分析OVC相的形成機理，設計了一種在吸收層表面沉積貧銅CIGS化合物的方式，利用在硒化成膜過程中Cu元素的擴散，實現CIGS表面OVC的制備。通過控制硒化溫度以及頂層和體相前驅體薄膜的Cu/(In+Ga)化學計量，可以實現Cu(In,Ga)Se2表面OVC相的可控制備（圖1）。
圖1. OVC相制備過程示意圖
圖2. CIGS器件的能帶結構示意圖
通過測試分析，武四新教授課題組發現表面OVC相提升CIGS電池效率的原因主要來源于以下幾點：
（1）OVC相使CIGS表面的價帶能級位置向下移動，形成空穴往緩沖層傳輸的勢壘，抑制載流子在CIGS/CdS的復合。
（2）OVC相的形成可以有效降低界面的缺陷濃度。
（3）OVC相可以促進載流子的分離和收集。
通過優化OVC相含量，制備出了16.39%效率的CIGS太陽能電池，本研究工作對進一步提升液相法CIGS太陽能電池的效率提供了新的研究思路和技術手段。
圖3 7種OVC結構的拉曼光譜、J-V曲線和FF數
圖4 有/無OVC結構CIGS器件的Cu元素TOF-SIMS剖面、EQE曲線、USP光譜
圖5 有/無OVC結構CIGS器件在不同溫度下暗態J-V曲線
文章信息
這一成果以“Controllable Formation of Ordered Vacancy Compound for High Efficiency Solution Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”為題發表在Advanced functional materials上。河南大學趙云海為論文主要作者，武四新教授和袁勝杰博士為論文通訊作者
文章鏈接https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04399
本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司“SolarIV”系列 太陽能電池伏安特性測量系統，如需了解該產品，歡迎咨詢我司。
河南大學武四新教授課題組簡介
河南大學武四新教授課題組名稱：光電功能材料以及太陽能薄膜電池。
課題組主要從事光電功能的設計、制備及光伏性能的研究，希望能改善薄膜太陽能電池的轉換效率。課題組期望通過對銅基薄膜太陽能電池各部分組件先進工藝和關鍵技術的探索和突破(薄膜微結構設計、缺陷態調控、表/界面鈍化、能帶結構優化以及微觀動力學研究等方面)，終開發出具有高結晶質量吸收層體相材料和優良電學性能接觸界面的高效CZTSSe以及CIGS光伏器件并豐富其應用領域。
截止目前，本課題組已承擔了各類項目10余項，其中，包括，國家自然科學基金、教育部新世紀人才支持計劃、教育部科學技術重點項目、人事部歸國留學人員 擇優支持計劃項目、河南省科技廳基礎與前沿重點項目、河南省高校知識創新工程支持計劃等，在國內外學術期刊Energy Environ. Sci.，Adv. Funct. Mater.，Chem. Mater.以及J. Mater. Chem. A等發表學術論文50余篇。
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