四川大學王瑞林最新Nano Energy:采用反溶劑法沉積CuSe納米顆粒對CdTe太陽電池吸收層實現摻雜和鈍化

對CdTe吸收層的背表面p型摻雜和鈍化是提升CdTe薄膜太陽電池的關鍵步驟。近年來，不同的Cu摻雜前驅體（Cu(I)和Cu（Ⅱ）材料）和鈍化材料（含Se，Cl，Al材料）被研究。然而，鮮有研究者提出新的兼具摻雜和鈍化功能的背面應用材料。鑒于此，2024年5月30日四川大學王瑞林教授（2021級博士生王永華為第一作者）于Nano Energy刊發兼具p型摻雜和Se鈍化功能潛力的CuSe作為CdTe吸收層摻雜前驅體。采用與當前工業生產前端工藝相兼容的反溶劑沉積工藝，在CdTe吸收層背面均勻沉積了納米CuSe顆粒。研究結果顯示，CuSe處理的CdTe薄膜太陽電池最優器件開路電壓達到842.5mV,遠遠高于CuCl₂處理的CdTe器件（791.4mV）。J-V測試，Mott-Schottky測試和阻抗譜測試結果表面，CuSe處理的CdTe薄膜太陽電池器件不僅達到了p型摻雜的目的，同時獲得了Se的鈍化功能。兼具摻雜和鈍化的前驅體材料選擇策略，對高效率CdTe薄膜太陽電池的研究提供了新穎的研究思路。

【圖文導讀】

圖1 CuSe在CdTe中摻雜鈍化機理示意圖

圖2 CdTe太陽電池中的低溫原位摻雜示意圖。(a) CdCl₂活化后的多晶CdTe薄膜。(b) 使用CuSe/NH₃·H₂O溶液沉積CuSe。(c) 反溶劑工藝制備CuSe納米粒子示意圖。(d) Mo-Al-Cr 電極沉積。(e-h） 使用CuCl₂/H₂O 溶液沉積CuCl₂。所有步驟均在空氣中進行。

圖3 器件性能比較：（a） 冠軍器件的J-V 曲線。(b) 相應的EQE與波長的關系。(c-h) 光生伏特參數的統計分布。V_OC (c)、J_SC (d)、PCE (e)、FF (f)、R_S (g)和R_SH (h)。

圖4 器件性能比較：(a) 室溫下暗態測量的莫特-肖特基圖。(b) 從C-V測量中提取的計算載流子密度。(c) 奈奎斯特圖。線條為擬合曲線。插圖為等效電子電路模型。

圖5 CdTe/CuSe的微觀結構。(a) CuSe 初始粉末。未進行反溶劑處理CdTe/CuSe：(b) 未退火，(c) 退火。(d) CdCl₂ 活化后的CdTe表面。進行了反溶劑處理的CdTe/CuSe：(e) 未退火，(f) 退火。

圖6 退火前后沉積在玻璃上的 CuSe/NH₃·H₂O 溶液的掃描電鏡對比：(a) (b) 不同尺度的未退火樣品，(c) (d) 不同尺度的退火后樣品。(e) 退火前后 CuSe 粉末的 XRD 對比。化學結構：(f) 正方晶態 CuSe，(g) 六角晶態 CuSe。

原文：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109810