![]()
推荐！自然科学基金申报书范文合集
1研究背景
随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其开发和利用受到了广泛关注。在众多太阳能电池技术中，CdSeTe薄膜太阳能电池因其低成本、高稳定性和较短的能量回收期而成为研究的热点。2023年，全球CdTe太阳能模块的安装量已超过50GW，预计到2026年，产能将从目前的9GW增加到25GW。尽管CdSeTe薄膜光伏技术已经取得了显著进展，但其功率转换效率（PCE）仍有较大的提升空间，这将进一步降低其能源的平准化成本。在所有光伏参数中，降低开路电压（VOC）损失和提高长期稳定性是CdSeTe薄膜光伏研究中最关键的两个议题。近年来，研究者们已经达成共识，将传统铜（Cu）掺杂转变为第五主族元素掺杂是减少VOC损失和提高稳定性的有效策略。第五主族掺杂剂预期会有更少的自补偿效应和更低的扩散系数。虽然自补偿效应的减少有助于增加空穴密度，降低VOC损失，但较低的扩散系数应该提高器件的稳定性。然而，通过第五主族掺杂实现的吸光体质量的显著提高并没有如预期那样转化为VOC和PCE的提升。直到最近，领先的CdSeTe太阳能电池板制造商First Solar通过原位砷（As）掺杂报道了超过900mV的VOC和22.3%的PCE。。
2成果简介
在这项研究中，研究人员报道了一种采用铋（Bi）掺杂的CdSeTe薄膜太阳能电池，该电池展示了超过900mV的开路电压和20.6%的冠军功率转换效率。他们发现，富含硒（Se）的CdSeTe区域促进了Bi离子占据阴离子位点，并对这一区域进行了弱p型掺杂。在以CdTe为主的背面区域，Bi离子占据阳离子位点并被氧化。这种采用BiF3作为掺杂前驱体的外掺杂方法具有多个优势，包括简单性、对加工环境的高容忍度，以及不需要额外的Cd蒸汽或特殊的激活过程，这使得研究人员更容易探索高效的Bi掺杂CdSeTe薄膜太阳能电池。3图文导读
![]()
图1 展示了采用外掺杂Cu和Bi的CdSeTe太阳能电池的电流密度-电压（J-V）曲线，以及这些设备的外部量子效率（EQE）曲线。![]()
图2 通过横截面Kelvin探针力显微镜（KPFM）图像展示了未掺杂和Bi掺杂CdSeTe薄膜太阳能电池的异质结特性。![]()
图3 展示了Bi在CdSeTe薄膜中的分布情况，包括扫描电子显微镜（SEM）图像、时间飞行二次离子质谱（ToF-SIMS）深度分布、X射线光电子能谱（XPS）Bi映射，以及从背面和前表面测量的深度依赖XPS光谱![]()
图4 展示了载流子寿命和背屏障高度，包括从玻璃侧测量的未掺杂、Cu掺杂和Bi掺杂CdSeTe薄膜的光致发光（PL）光谱，以及时间分辨PL（TRPL）曲线
4小结
本研究成功展示了采用BiF3作为掺杂源的外掺杂CdSeTe薄膜太阳能电池，实现了超过900mV的开路电压和20.6%的冠军功率转换效率。尽管Bi掺杂剂在阳离子和阴离子位点的自补偿限制了净空穴密度，但这并没有限制器件的VOC。在背面区域Bi原子的氧化被认为是限制器件填充因子（FF）的因素。因此，精确控制所施加掺杂源的数量和均匀性对于提高外掺杂Bi的CdSeTe太阳能电池的性能是必要的。利用BiF3作为掺杂源的外掺杂过程的简便性为CdSeTe太阳能电池社区探索高效稳定的Bi掺杂CdSeTe太阳能电池提供了机会。这项研究不仅推动了CdSeTe薄膜太阳能电池技术的发展，也为未来的太阳能电池研究提供了新的方向文献：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.09.013推荐阅读：
![]()
说明:
🔹本文内容若存在版权问题，请联系我们及时处理。
🔹欢迎广大读者对本文进行转发宣传。
🔹《材料研究前沿》会不断提升自身水平，为读者分享更加优质的材料研究成果，欢迎关注我们。
欢迎广大科研工作者投稿最新研究成果。
