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来源：中国科学材料
开路电压损失（Voc,def）大是制约锌黄锡矿结构CZTSSe太阳能电池效率的关键因素，目前世界纪录效率（12.6%）CZTSSe电池的Voc,def为0.345 V。近日，南京邮电大学辛颢教授等人在Science China Materials发表研究论文，分别以SnCl4和SnCl2•2H2O为锡前驱体研究二甲基亚砜（DMSO）溶液法制备的CZTSSe太阳能电池的开路电压损失问题。
研究发现不同价态的锡前驱体化合物与有机配体硫脲（Tu）和溶剂DMSO发生不同的配位反应，使得从溶液到CZTSSe吸光层薄膜的反应路径截然不同。Sn2+与Tu配位导致前驱体薄膜中SnS、ZnS和Cu2S的生成，这些硫化物在硒化过程中首先转化成硒化物而后逐步熔合生成CZTSSe，其反应路径中多物相的转化和熔合导致薄膜光电性能差，由该薄膜获得的最优器件有效面积效率仅为8.84%，Voc,def 为0.391 V。而Sn4+与DMSO配位，该前驱体溶液经退火直接得到组成均匀的CZTS前驱体薄膜，在硒化过程中CZTS直接发生取代反应生成CZTSSe，得到的CZTSSe薄膜组成均匀，光电性能优异，由该薄膜制备的器件有效面积效率达到12.2%，Voc,def降低至0.344 V。
此外，CZTSSe薄膜性质的不同导致CZTSSe/CdS异质结热处理（JHT）结果的不同。JHT显著提高了Sn4+器件的性能，却略微降低了Sn2+器件的性能。最终，由Sn4+溶液获得了全面积效率为12.4%，有效面积效率高达13.6%，Voc,def低至0.297 V的CZTSSe太阳能电池器件。研究结果表明通过控制溶液中化学组成获得组成均匀的CZTS预制膜是获得高效CZTSSe电池薄膜材料和降低器件Voc,def的关键。
图1 JHT对器件性能的影响。
图2 使用JHT处理2 h的前驱体Sn4+溶液制备的最佳CZTSSe器件的性能。
本报道不仅为进一步提高CZTSSe电池效率提供了新的思路，而且实现了Voc,def首次低于0.30 V，预示了CZTSSe未来的应用前景。
该研究成果最近发表于Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1408-x。
来源：SciChinaMater 中国科学材料
原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMDc0OTAzOQ==&mid=2651214617&idx=2&sn=960aa0dbe6e732eaa66f611dcfc67634&chksm=8116cf99b661468f2f28e36fb2b50400c164bb6f44b02a9884e16e1e7c36e5a0b5c679f9bfda&scene=27#wechat_redirect
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