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用于光伏应用的Cu?ZnSnSe?晶体表面纳米级硫化处理

DOI：10.1039/c9ta08020a 期刊：Journal of Materials Chemistry A 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 本研究的目的是为Cu2ZnSnSe4（CZTSe）单晶层太阳能电池找到一种在不损失JSC的情况下提高VOC的有效方法。通过硫钝化黄铜矿吸收层表面可能通过扩大表面带隙来提升器件效率。表面硫钝化分两步进行：首先采用化学溶液沉积法在CZTSe晶体上沉积CdS层，随后将包覆CdS的CZTSe置于抽真空石英安瓿中高温退火。通过调节CdS层厚度（100-200 nm）及改变退火温度（400-700°C，60分钟），调控CZTSe晶体表面硫钝化层的厚度。SEM、EDX和拉曼分析显示：400°C退火后CdS层仍存在于CZTSe晶体表面；更高温度退火后CdS层消失并形成新表面层。570°C退火导致表面出现二次相（可能源于CZTSe晶体表面分解反应）。700°C退火在CZTSe晶体表面形成了结晶良好的Cu2ZnSn(S, Se)4薄层，该结果经SEM、EDX、XPS和拉曼光谱共同证实。位于331 cm?1的拉曼峰强有力地证明硫钝化后形成了带隙更宽的Cu2ZnSn(S, Se)4表面层，而308 cm?1处的CdS峰已消失。EDX和XPS成分分析表明：硫元素存在于表面层，而镉元素扩散进入晶体内部起掺杂作用。Cu2ZnSn(S, Se)4中硫含量取决于CdS层厚度。
作者： Marit Kauk-Kuusik，Reelika Kaupmees，Mati Danilson，Xiaofeng Li，Maris Pilvet，Kristi Timmo，Valdek Mikli，Maarja Grossberg
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过硒化铜锌锡（CZTSe）单晶层太阳能电池吸收层表面的硫化处理，寻找一种在不损失短路电流密度（JSC）的情况下提高开路电压（VOC）的有效方法。

研究成果

研究了一种新的有效方法用于Cu2ZnSnSe4单晶粉末晶体的带隙分级，证实了在700°C退火后CZTSe表面形成了CZTSSe相。带隙分级的存在提高了VOC和FF值，表明其在低成本、高效率的CZTSe单晶层太阳能电池方面具有潜力。

研究不足

该研究聚焦于硫化过程及其对CZTSe表面的影响，但由于电流密度（JSC）的降低，整体太阳能电池性能提升幅度较小。

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