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掺铝(Zn,Mg)O在纯硫化物Cu(In,Ga)S2太阳能电池中提升开路电压的应用

DOI：10.1016/j.solmat.2019.110157 期刊：Solar Energy Materials and Solar Cells 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 本研究发现，在纯硫化物Cu(In,Ga)S?（CIGS）太阳能电池中，通过提高铝掺杂(Zn,Mg)O（AZMO）层的导带最小值（EC），增强内建电势（Vbi），可降低活化能（Ea）观测到的界面复合。实验观察到，当Mg/(Mg+Zn)比例从0提升至0.23时，AZMO薄膜的光学带隙可从3.56 eV拓宽至3.97 eV，表明EC向真空能级移动。将Mg/(Mg+Zn)比例为0-0.23的AZMO层作为透明导电氧化物（TCO）应用于纯硫化物CIGS太阳能电池时，开路电压随Mg/(Mg+Zn)比例从0增至0.09而显著提升（从0.641 V升至0.713 V），但在Mg/(Mg+Zn)比例为0.23时回落至0.651 V。反向饱和电流密度（J?）在Mg/(Mg+Zn)比例为0.09时降至最低值9.4×10?? A/cm2（相比之下，铝掺杂ZnO（Mg/(Mg+Zn)比例为0）的J?为4.7×10?? A/cm2）。Mott-Schottky曲线显示，随着AZMO层中Mg/(Mg+Zn)比例从0增至0.23，纯硫化物CIGS太阳能电池的Vbi逐渐增强。这些结果表明，通过调控TCO层的EC可提升Vbi，最终因电场增强而降低异质界面复合。
作者： T. Nishimura，Shinho Kim，Jakapan Chantana，Yu Kawano，Shogo Ishizuka，Takashi Minemoto
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究通过采用掺铝(Zn,Mg)O作为透明导电氧化物层来提升纯硫化物Cu(In,Ga)S2太阳能电池的开路电压。

研究成果

研究表明，通过控制掺铝氧化锌镁（AZMO）层中的导带最小值（EC），可以提高纯硫化物铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池的内建电势（Vbi），从而提升开路电压（VOC）并降低界面复合。最佳镁/(镁+锌)比例为0.09，此时开路电压达到0.713伏特，转换效率为9.18%。

研究不足

该研究的局限性在于高Mg/(Mg+Zn)比例下可能产生的溅射损伤，以及AZMO层、CdS缓冲层与CIGS吸收层之间导带最小值的失配，这可能导致界面复合增加。

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