一組研究人員顯著提高了錫鋅礦(CZTSSe)薄膜太陽能電池的性能。他們開發(fā)了一種在太陽能電池中摻雜銀(Ag)的新方法，以抑制阻礙電池性能的缺陷并促進晶體生長，從而大幅提高效率并為商業(yè)化鋪平了道路。這項研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》雜志上。

CZTSSe 太陽能電池由銅 (Cu)、鋅 (Zn)、錫 (Sn)、硫 (S) 和硒 (Se) 組成，作為一種資源豐富、成本低廉且環(huán)保的太陽能電池技術而備受關注。特別是，它們具有適合大規(guī)模生產和價格極具競爭力的優(yōu)勢，因為它們使用資源豐富的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)太陽能電池中使用的稀缺金屬。

然而，傳統(tǒng)的CZTSSe太陽能電池由于電子空穴復合導致效率低、電流損失大，難以實現(xiàn)商業(yè)化。

為了解決這些問題，研究團隊采用了一種在太陽能電池前體中摻雜銀的方法。銀可以抑制錫的損失，并有助于材料在低溫下更好地混合。這使得晶體生長得更大、更快，從而減少缺陷并提高太陽能電池的性能。

在這項研究中，他們系統(tǒng)地分析了Ag在前驅體不同位置的放置如何改變太陽能電池中的缺陷和電子-空穴復合特性。結果表明，Ag可以通過防止Sn損失并最大限度地發(fā)揮缺陷抑制效果，顯著提高太陽能電池的性能。

重要的是，他們還發(fā)現(xiàn)，在錯誤的地方摻雜銀實際上會干擾鋅和銅合金的形成，導致鋅殘留在本體中并形成缺陷簇。這會導致電子空穴復合損失增加和性能下降。由此，研究小組提出了一個重要的見解：太陽能電池的性能因銀摻雜的位置不同而有很大差異。

此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，銀摻雜形成的液態(tài)材料促進了晶體生長，顯著提高了吸收層的密度和結晶度。這導致能帶結構得到改善，缺陷減少，最終使電池中的電荷傳輸更加順暢。這些發(fā)現(xiàn)有望為低成本生產高性能太陽能電池做出重大貢獻。

研究人員包括大韓民國科學技術研究院能源與環(huán)境技術部的 Kee-jeong Yang、Dae-hwan Kim 和 Jin-gyu Kang，他們與仁川國立大學物理系的 Kim Jun-ho 教授團隊以及電子材料工程系的 Koo Sang-mo 教授團隊進行了合作。

楊教授表示：“在這項研究中，我們逐個流程分析了之前未能明確確定的銀摻雜的影響，發(fā)現(xiàn)銀在抑制錫損失和改善缺陷方面發(fā)揮了作用。”

“該研究結果為設計摻銀前體結構以提高太陽能電池效率提供了重要見解，有望為各種太陽能電池技術的發(fā)展做出貢獻。”