碲化镉硒太阳能电池通过带隙梯度实现20%转换效率

美国科学家首次将带隙梯度应用于碲化镉光伏电池。结果是其效率和开路电压的提高，以及更低的非辐射复合。

具有和不具有建议带隙梯度的器件  图片@托莱多大学，自然通讯，知识共享许可CC BY 4.0

研究人员从托莱多大学和美国能源部的橡树岭国家实验室首次使用带隙梯度来提高基于商用氧化锡(IV)的碲化镉硒(CdSeTe)太阳能电池的性能2)缓冲层。

科学家描述了他们的发现前结附近具有成分梯度的20%效率的多晶Cd(Se，Te)薄膜太阳能电池，这是发表在自然通讯。他们说商业SnO2缓冲剂非常稳定，并且可以容易地以期望的电子传导性再现。

“得益于这些优势，SnO2已经在CdTe制造中成功使用了几十年，”他们说，并指出这种缓冲技术最近已被锌镁氧化物(ZMO)取代主要的障碍是ZMO缓冲层的低电子传导率，即使使用非本征掺杂也难以改善。

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美国团队表示，带隙梯度已经成功应用于其他类型的薄膜太阳能电池，旨在提高它们的开路电压，并补充说，它应该用于CdSeTe设备，方法是在前结区加入硫化镉(CdS)薄层，同时避免形成有害的界面。

“这一成功的关键是在沉积CdTe吸收层之前加入氧化CdS和CdSe层，”他们说。

学者们用透明导电氧化物(TCO)层(SnO)建造了这种电池2缓冲层、上述氧化的CdS和CdSe层、CdTe层和硫氰酸铜(I )( cus cn)空穴提取层。

根据《CdTe-basedThinFilmSolarCells:Past,PresentandFuture》，碲化镉薄膜太阳能电池理论最高转化效率可达32%以上，比晶硅电池高3pct左右

在标准光照条件下测试，器件的功率转换效率为20.03%，开路电压为0.863 V，短路电流为29.2mA·cm?2、以及79.5%的填充因子。没有带隙梯度构建的参考电池显示出18.3%的效率、0.834 V的开路电压、28.9mA·cm的短路电流?2和76.1%的填充因子。

“我们已经证明了一种方法，可以成功地在Cd(Se，Te)太阳能电池中引入带隙梯度penternary Cd区，而不会形成光惰性层和有害的异质界面，”科学家们说。"时间分辨光致发光(TRPL)和光致发光量子产额(PLQY)测量证实了非辐射复合的减少."