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福州大学程树英&王伟煌等：两步快速热处理退火策略实现8.2%效率的水热法硫化锑薄膜太阳能电池

文摘   科学   2024-09-12 09:45   北京  

水热法制备的硫化锑（Sb2S3）太阳能电池引起了广泛关注。退火结晶是水热制备Sb2S3薄膜的关键工艺。然而，薄膜不完全结晶和高温S损失会导致缺陷复合，从而限制器件性能。

近日，福州大学程树英教授和王伟煌副研究员等人在Science China Materials发表研究论文，提出了一种两步快速热处理退火策略，以提高Sb2S3太阳能电池的结晶质量和转换效率。

本文要点

1) 氩气保护下的常压退火过程可以抑制饱和蒸汽压引起的S损失, 以330°C低温和370°C高温过程实现两步退火，保证了Sb2S3薄膜的高结晶度和垂直取向，薄膜的缺陷浓度从1.01 × 1012降低到5.97 × 1011 cm−3。
2) Sb2S3太阳能电池的光电转换效率达到8.20%，其中开路电压为784 mV。
3) 1.17 V的内建电压（Vbi）和1.48的光强依赖因子表明，器件的异质结质量得到了提高，缺陷复合被抑制。
本文所提出的两步退火策略和物理机制为研究Sb2S3薄膜太阳能电池提供了新思路。
Figure 1. (a) Schematic diagram of Sb2S3 device structure, hydrothermal technique, and RTP annealing treatment. (b, c) Top-view SEM images of (b) vacuum annealed and (c) Ar annealed Sb2S3 films. (d) XRD spectra and (e) PCE statistics of Sb2S3 solar cells under different annealing conditions.
Figure 2. (a) Two-step annealing temperature curves. (b) Top-view and cross-section SEM images of the two-step annealed Sb2S3 film in different T1 temperature. (c–f) Statistics of VOC, JSC, FF, and PCE of the solar cells in different T1 temperature.
Figure 3. SCLC measurements of (a) the vacuum annealed Sb2S3 film, (b) the one-step annealed Sb2S3 film, and (c) the two-step annealed Sb2S3 film. (d) Electrical resistivity measurements from I-V curves, (e) variable temperature conductivity measurements, and (f) temperature-dependent conductivity of three Sb2S3 films.
Figure 4. (a) PCE distribution, (b) J-V curves, (c) EQE curves, and (d) dark J-V curves of three Sb2S3 solar cells.

文章信息




Hui Deng, Xinxin Feng, Qiqiang Zhu, Yonghao Liu, Guidong Wang, Caixia Zhang, Qiao Zheng, Jionghua Wu, Weihuang Wang, Shuying Cheng. 8.2%-Efficiency hydrothermal Sb2S3 thin film solar cells by two-step RTP annealing strategy. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-3055-x


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