揭示铯在高效铜铟镓硒太阳能电池中产生有益效应的起源

摘要： 基于Cu(In,Ga)Se2（CIGS）吸收体的薄膜太阳能电池的记录转换效率已超过23%。目前这种高性能仅能通过采用碱金属氟化物后沉积处理（PDT）将铯等重碱金属掺入吸收体来实现。由于掺入重碱金属的效果尚存争议，我们通过多种高分辨率技术的组合方法研究了高效CIGS太阳能电池的局部成分和微观结构。清晰检测到铯在p-n结处聚集，同时伴随局部CIGS成分变化，显示出具有横向非均匀分布的有益次生相形成。此外，在相邻晶粒随机取向的晶界处也检测到铯聚集，这些区域铜浓度降低而铟和硒浓度升高。在Σ3孪晶界及晶粒内部未发现聚集现象。这些实验结果与补充性的第一性原理计算高度吻合，证明晶界因铯的存在而钝化。此外，离子半径较大的铯不太可能掺入CIGS晶粒内部导致有害缺陷。