刘辉城 许佳雄 林俊辉

(广东工业大学材料与能源学院, 广州 510006)

在Si衬底上制备的Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池具有CZTS与Si衬底的晶格失配低的优点, 但目前其转换效率仍较低.本文采用异质结太阳能电池仿真软件Afors-het对Si衬底CZTS太阳能电池进行数值计算.对现有的p-CZTS/n-Si太阳能电池的计算结果表明, 在该电池结构中p-CZTS和n-Si分别起窗口层和吸收层的作用, 但p-CZTS具有高光吸收系数, 使大部分入射光无法透过p-CZTS层进而被n-Si吸收, 限制了电池的转换效率.本文提出以p-Si作为衬底的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太阳能电池结构.计算得到的p-CZTS/p-Si结构的暗态电流密度-电压(J–V)特性曲线均为线性曲线, 表明p-CZTS与p-Si为欧姆接触以及p-Si作为p-CZTS的背电极的可行性.进一步计算了p-Si的厚度与掺杂浓度、p-CZTS的厚度与掺杂浓度对n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太阳能电池光伏特性的影响, 在不考虑寄生串并联电阻效应和缺陷态的理想情况下, 电池的最高转换效率为28.41%.本文计算结果表明, n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太阳能电池可解决现有p-CZTS/n-Si结构存在的问题, 是一种合适的Si衬底CZTS太阳能电池结构.

1 引 言

近年来, 许多研究者专注于寻找适合制备太阳能电池的光伏材料.在众多的光伏材料中, 铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4, CZTS)引起了学术界的极大兴趣[1,2].CZTS薄膜具有与太阳光谱匹配的禁带宽度(1.4—1.5 eV)以及较高的光吸收系数(> 1 ×104cm–1), 且其组成元素的来源非常丰富、价格低廉[3,4].根据报道, CZTS太阳能电池常用镀Mo钠钙玻璃作为衬底[5−7].金属Mo作为背电极具有化学性质稳定、耐高温、电导率高等优点.CZTS和Mo的晶格常数a分别为0.5427和0.3150 nm, CZTS和Mo之间的晶格失配产生界面态, 影响……