四川大学王瑞林最新Nano Energy:采用反溶剂法沉积CuSe纳米颗粒对CdTe太阳电池吸收层实现掺杂和钝化

对CdTe吸收层的背表面p型掺杂和钝化是提升CdTe薄膜太阳电池的关键步骤。近年来，不同的Cu掺杂前驱体（Cu(I)和Cu（Ⅱ）材料）和钝化材料（含Se，Cl，Al材料）被研究。然而，鲜有研究者提出新的兼具掺杂和钝化功能的背面应用材料。鉴于此，2024年5月30日四川大学王瑞林教授（2021级博士生王永华为第一作者）于Nano Energy刊发兼具p型掺杂和Se钝化功能潜力的CuSe作为CdTe吸收层掺杂前驱体。采用与当前工业生产前端工艺相兼容的反溶剂沉积工艺，在CdTe吸收层背面均匀沉积了纳米CuSe颗粒。研究结果显示，CuSe处理的CdTe薄膜太阳电池最优器件开路电压达到842.5mV,远远高于CuCl₂处理的CdTe器件（791.4mV）。J-V测试，Mott-Schottky测试和阻抗谱测试结果表面，CuSe处理的CdTe薄膜太阳电池器件不仅达到了p型掺杂的目的，同时获得了Se的钝化功能。兼具掺杂和钝化的前驱体材料选择策略，对高效率CdTe薄膜太阳电池的研究提供了新颖的研究思路。

【图文导读】

图1 CuSe在CdTe中掺杂钝化机理示意图

图2 CdTe太阳电池中的低温原位掺杂示意图。(a) CdCl₂活化后的多晶CdTe薄膜。(b) 使用CuSe/NH₃·H₂O溶液沉积CuSe。(c) 反溶剂工艺制备CuSe纳米粒子示意图。(d) Mo-Al-Cr 电极沉积。(e-h） 使用CuCl₂/H₂O 溶液沉积CuCl₂。所有步骤均在空气中进行。

图3 器件性能比较：（a） 冠军器件的J-V 曲线。(b) 相应的EQE与波长的关系。(c-h) 光生伏特参数的统计分布。V_OC (c)、J_SC (d)、PCE (e)、FF (f)、R_S (g)和R_SH (h)。

图4 器件性能比较：(a) 室温下暗态测量的莫特-肖特基图。(b) 从C-V测量中提取的计算载流子密度。(c) 奈奎斯特图。线条为拟合曲线。插图为等效电子电路模型。

图5 CdTe/CuSe的微观结构。(a) CuSe 初始粉末。未进行反溶剂处理CdTe/CuSe：(b) 未退火，(c) 退火。(d) CdCl₂ 活化后的CdTe表面。进行了反溶剂处理的CdTe/CuSe：(e) 未退火，(f) 退火。

图6 退火前后沉积在玻璃上的 CuSe/NH₃·H₂O 溶液的扫描电镜对比：(a) (b) 不同尺度的未退火样品，(c) (d) 不同尺度的退火后样品。(e) 退火前后 CuSe 粉末的 XRD 对比。化学结构：(f) 正方晶态 CuSe，(g) 六角晶态 CuSe。

原文：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109810