V型结构带隙的构建对铜锌(镉）锡硫硒薄膜性质及电池性能的影响

The separation and collection of photo-generated charge carriers is vital in thin film solar cell. There is a low collection efficiency and the contradiction between Voc and Jsc in Cu2ZnSnSSe4 (CZTSSe) solar cell. Therefore, we intend to use the gradient Cd distribution to construct the V-shaped band gap in CZTSSe (Cd) thin film to improve its solar cell performance. The secondary ion mass spectroscopy (SIMS) depth profile of Cu, Zn, Sn, Cd, S and Se elements will be conducted to confirm the V-shaped band gap structure. The V-shaped band gap can be continuously adjusted by the Zn/Cd ratio. The influence of V-shaped and uniform band gap structure on the thin film quality and properties will be analyzed. The valence band and conduction band will be tested by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) in different depth of thin film, illustrating the carrier transmission path in the V-shaped CZTSSe (Cd) thin films. The charge collection efficiency of the V-shaped and uniform band gap structured thin films will be compared to guide the selection and optimization of V-shaped stucture to achieve the high efficiency CZTSSe (Cd) thin film by the steady state and transient fluorescence spectrum.

吸收层中光生电荷载流子的分离和收集对薄膜电池性能至关重要。针对目前均匀带隙铜锌硒硫硒（CZTSSe）吸收层中较低的载流子收集效率和电池中电流与开压之间相互制约的问题，本项目拟采用Cd梯度分布构建V型带隙结构吸收层的技术，提高其电池性能。应用二次离子质谱技术分析薄膜中元素的深度分布，确认V型结构的形成；通过调控Zn/Cd比例实现V型带隙的连续可调；对比不同V型带隙和均匀带隙结构薄膜的吸收、电导率等的差异，分析V型带隙结构对薄膜质量和性质的影响;利用紫外光电子能谱技术，计算V型结构带隙薄膜在不同深度下的价、导带位置，阐明载流子在V型结构薄膜中的传输路径；利用稳态和瞬态荧光光谱技术，分析两种结构中电荷的提取和收集效率，揭示吸收层带隙结构对CZTSSe（Cd）薄膜中载流子的传输和提取的影响规律，指导吸收层带隙结构的构建，为高效率CZTSSe（Cd）薄膜电池的制备提供理论和技术支持。

吸收层中光生电荷载流子的分离和收集对薄膜电池性能至关重要。针对目前均匀带隙铜锌硒硫硒（CZTSSe）吸收层中较低的载流子收集效率和电池中电流与开压之间相互制约的问题，本项目利用Cd梯度分布构建V型带隙结构吸收层的技术，在与N型接触面构筑宽带隙P型材料，导致在PN结形成大的费米能级劈裂，提升其电池的开压电压，其体型的窄带隙提升光的利用率，提升其电流。应用二次离子质谱技术分析薄膜中元素的深度分布，确认V型结构的形成；通过调控Zn/Cd比例实现V型带隙的连续可调；对比不同V型带隙和均匀带隙结构薄膜的吸收发现两者的光吸收强度相当，而且Cd的引入减少了薄膜中的shun通路；同时组装器件，Cd的V型带隙的构筑使电池性能提升到从之前的8% 提升到近10%，主要得益于电池的开压提升，同时评估电池发现构筑V型带隙二极管品质因子和漏电流都有所降低。