纯硫化物CIGS太阳能电池 效率为15.2%

纯硫化黄铜矿 Cu(In,Ga)S2是一种很有前途的半导体材料，带隙在 1.5 到 2.4 eV 之间，已经用于构建单结和串联太阳能电池。然而，到目前为止，这种材料在薄膜光伏器件的开发中的应用受到限制，因为难以降低体块及其界面处发生的电压损失。

来自卢森堡大学和瑞典乌普萨拉大学的一组研究人员试图通过减少材料中的铜含量来应对这一挑战。“与其近亲纯硒化物 CIGS 相比，关于纯硫化物 CIGS 有许多悬而未决的问题，”领导这项研究的 Sudhanshu Shukla 告诉光伏杂志。“前者由于缺乏性能而受到的关注较少，我们相信我们的工作将激发对该领域的兴趣，并引起人们对材料和效率提高的基本光物理学的关注。”

研究人员将一种带隙为1.6 电子伏特的Cu(In,Ga)S2用于电池吸收层。据他们介绍，这种铜含量较低的材料在准费米能级分裂 ( QFLS) 方面的缺陷显着降低，这是描述半导体器件操作的标准理论工具;和代表太阳能电池可以达到的最大开路电压。

他们制造了一个带有由硫化镉(CdS)制成的缓冲层的电池和一个带有基于氧化锌的缓冲层的第二个器件。后者表现出 920 mV 的高开路电压和 15.2% 的最高效率。前者的效率仅为 12.8%。

“更高的开路电压是由于更高的 QFLS，即吸收体的光电质量更好，并且由于开路电压损失更小，”学者解释说，并补充说接口质量的提高也起到了促进作用。在这个过程中的作用，因为它创造了一个与 Zn(O,S) 缓冲层更合适的导带对齐。“此外，Zn(O,S) 缓冲层的更大带隙能够吸收更高能量的光子，从而导致更高的短路电流密度，与光电流增益一致。”

科学家们补充说，用于制造 CIG 硒化物薄膜的现有工艺很容易适用于类似的硫化物材料。“为生产商业 CIGSe 薄膜太阳能电池而开发的工艺可以转化为生产 CIGS，而无需额外的基础设施，”舒克拉解释说。“像Avancis和Flisom这样的公司已经在制造商用大面积 CIGS 模块，而且可扩展性当然是可能的。”

太阳能电池在超过 15% 效率的宽带隙 Cu(In,Ga)S2太阳能电池：通过成分工程抑制体和界面复合的论文中有所描述，该论文发表在焦耳上。