河南大学武四新教授课题组：碱金属后处理改善太阳能电池光电性能

近期，河南大学武四新教授课题组的研究成果《Synergistic Incorporation of NaF and CsF PDT for High Efficiency Kesterite Solar Cells: Unveiling of Grain Interior and Grain Boundary Effects》在Journal of Materials Chemistry A(J.Mater. Chem. A 2020, DOI:10.1039/D0TA08224D)上发表。目前该杂志影响因子为11.301。

碱金属沉积后处理(PDT)工艺使Cu(In,Ga)Se2太阳能电池世界效率取得连续突破。然而，对于其衍生的锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) 太阳能电池而言，受内部缺陷化学环境和相结构不同的影响，不同体系得到的碱金属后处理效果规律并不一致，最有效的碱金属种类和作用机制仍不清晰。
图1 碱金属协同后处理CZTSSe太阳能电池中Na和Cs的分布及主要作用机制

在这项工作中，通过宏观和微观性能对比发现，轻碱金属和重碱金属的作用机制有所不同。以此为基础，进一步采用先NaF-PDT后再进行CsF-PDT后沉积的方式协同作用以提高CZTSSe太阳能电池的光伏性能。结果表明，Na原子随机分布在晶粒内部（GI）和晶界（GBs）中，显著增加受体浓度并钝化深能级缺陷，主要提升器件开路电压(Voc)。而Cs原子富集在GBs处，可以增加GBs电势以提高器件FF。最终，二者对GI和GB电学性能的协同增效有效提升了器件的Voc和FF，器件效率达12.16%。该研究成果对于深入理解铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池中碱金属的作用机制以及后续的高效光伏器件开发具有重要的参考和借鉴意义。

特种功能材料重点实验室研究室硕士生常晓欢和博士生符俊杰为论文共一作者，武四新教授和寇东星副教授为论文的通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅经费的大力支持。