肖友鹏 王怀平 李刚龙

1) (东华理工大学,核技术应用教育部工程研究中心,南昌 330013)

2) (东华理工大学机械与电子工程学院,南昌 330013)

银锌锡硒 (Ag2ZnSnSe4)是一种禁带宽度为1.4 eV的 n型半导体材料.本文提出一种由n型Ag2ZnSnSe4与石墨烯 (Graphene) 组成的Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池,并借助wxAMPS软件对电池的物理机理和性能影响因素进行模拟研究.模拟结果表明,高功函数的石墨烯与n型Ag2ZnSnSe4半导体接触时,Ag2ZnSnSe4吸收层的前端能带向上弯曲,在n型Ag2ZnSnSe4吸收层表面诱导形成p型Ag2ZnSnSe4反型层,p型Ag2ZnSnSe4和n型Ag2ZnSnSe4组成p-n同质结.模拟发现石墨烯和背接触的功函数会影响载流子的分离、输运和收集,严重影响器件性能,石墨烯功函数达到5.5 eV,背接触功函数不高于4.4 eV,都有利于提高器件性能.Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度主要影响器件的短路电流,而Ag2ZnSnSe4吸收层的体内缺陷对器件整体性能产生影响.在石墨烯和背接触功函数分别为5.5和3.8 eV,Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度和缺陷密度分别为1016和1014 cm—3时,Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池能够取得高达23.42%的效率.这些模拟结果为设计新型高效低成本太阳电池提供了思路和物理阐释.

1 引 言

铜锌锡硫 (Cu2ZnSnS4,CZTS)和铜锌锡硒(Cu2ZnSnSe4,CZTSe)锌黄锡矿半导体材料由于储量丰富、无毒和吸收系数高等优点,一直被认为是薄膜太阳电池吸收层材料的最佳选择[1-3].不过许多文献报道CuZn反位缺陷形成能低,在半导体带隙中形成带尾态,限制了电池开路电压的进一步提高[4-6].一个解决的办法是利用具有更大离子半径的其他元素取代Cu离子或Zn离子,从而提高反位缺陷的形……