纯硫化CIGS太阳能电池效率达15.2%

纯硫化黄铜矿Cu(In,Ga)S2是一种很有前途的半导体材料，能带隙在1.5 ~ 2.4 eV之间，已被用于制造单结和串联太阳能电池。然而，到目前为止，这种材料在薄膜光伏器件的发展中，应用十分有限，主要原因在于难以降低器件及其接口处的电压损失。 来自卢森堡大学和瑞典乌普萨拉大学的一组研究人员，试图通过减少材料中的铜含量来解决这一问题。“与它的近亲纯硒化CIGS相比，纯硫化CIGS有许多未解的问题，”该项研究的主要负责人Sudhanshu Shukla告诉《光伏》杂志，“由于性能不足，前者受到的关注较少，我们相信，我们的工作将激发人们对该领域的兴趣，并让人们对材料的基础光物理和效率提升方面有所关注。”

研究人员使用一种带隙电压为1.6电子伏的Cu(In,Ga)S2材料作为电池吸收层。根据他们的说法，这种铜含量较低的材料，其显示的准费米能级分裂(QFLS)亏损明显降低。QFLS是描述半导体器件操作的标准理论工具;它代表着太阳能电池所能达到的最大开路电压。 他们制作了一个具有硫化镉 (CdS)缓冲层的电池，以及另一个具有硫化锌氧化锌基底为缓冲层的电池。后者的开路电压高达920 mV，效率最高为15.2%，而前者的效率仅为12.8%。

“更高的准费米能级分裂(QFLS)带来更高的开路电压，也意味着吸收器具有更好的光电质量，以及更少的开路电压损失，”研究学者解释说。此外，他们还补充道，更优的界面质量也在这一过程中发挥了作用，因为它与硫氧化锌Zn(O,S)缓冲层一起形成了更合适的导带。“此外，硫氧化锌Zn(O,S)缓冲层带隙更大，能够吸收的光子能量更高，从而产生更高的短路电流密度，使光电流增加。”

科学家们补充说，用于制造CIG硒化薄膜的现有工艺，可以很容易地应用于类似的硫化物材料。“生产商用CIGSe薄膜太阳能电池的工艺，可以转化为生产CIGS，而不需要额外的基础设施，”Shukla解释说，“像Avancis和Flisom这样的公司，已经在生产商用大面积CIGS模块，其可扩展性当然是可能的。” 本文中对太阳能电池的描述，转自《焦耳》杂志的一篇论文 《超15%高效率宽带隙Cu(in,Ga)S2太阳能电池：通过组合工程抑制器件与界面复合》 。