DGIST(院長Kunwoo Lee)能源與環境技術部的Kee-jeong Yang、Dae-hwan Kim和Jin-gyu Kang等高級研究人員團隊與該系的Kim Jun-ho教授團隊合作仁川國立大學物理學系和電子材料工程系Koo Sang-mo教授的團隊在聯合研究中顯著提高了黃錫黃錫礦(CZTSSe)薄膜太陽能電池的性能。他們開發了一種在太陽能電池中摻雜銀(Ag)的新方法,以抑制阻礙電池性能的缺陷並促進晶體生長,從而顯著提高效率並為商業化鋪平道路。
CZTSSe太陽能電池由銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)、硫(S)和硒(Se)組成,由於資源豐富、成本低廉、環境友善而受到關注。特別是,它們具有適合大規模生產和價格極具競爭力的優勢,因為它們使用資源豐富的材料,而不是傳統太陽能電池中使用的稀有金屬。然而,傳統的CZTSSe太陽能電池由於電子-電洞複合而效率低且電流損失大,因此難以商業化。
為了解決這些問題,研究小組採用了一種在太陽能電池前驅體中摻雜銀的方法。 Ag 抑制 Sn 的損失,有助於材料在低溫下更好地混合。這使得晶體生長得更大更快,從而減少缺陷並提高太陽能電池的性能。在這項研究中,他們系統地分析了銀在前驅體不同位置的放置如何改變太陽能電池中的缺陷和電子電洞複合特性。結果表明,Ag可以透過防止Sn流失並最大化缺陷抑制效果來顯著提高太陽能電池的性能。
重要的是,他們還發現,在錯誤的位置摻雜Ag實際上會幹擾Zn和Cu合金的形成,導致Zn保留在塊體中並形成缺陷簇。這可能導致電子電洞複合損失增加和性能下降。由此,研究小組提供了一個重要的見解:太陽能電池的性能根據銀摻雜發生的位置而顯著變化。
此外,研究團隊發現,Ag摻雜形成的液體材料可以促進晶體生長,顯著提高吸收層的密度和結晶度。這導致了能帶結構的改進和缺陷的減少,最終使電池中的電荷傳輸更加順暢。這些發現預計將對低成本生產高性能太陽能電池做出重大貢獻。
資深研究員Yang Kee-jeong表示:「在這項研究中,我們逐一過程分析了以前未明確識別的Ag摻雜的效果,發現銀在抑制錫損失和改善缺陷方面發揮作用。」能源與環境技術部。 “這些結果為銀摻雜前驅體結構的設計提供了重要的見解,以提高太陽能電池的效率,並有望為各種太陽能電池技術的發展做出貢獻。”
該研究由科學和資訊通信部的源頭技術開發(碳中和技術的跨越式發展)計劃和未來領先的專業化研究(大挑戰研究與創新項目(P-CoE))計劃資助。論文線上發表在能源領域國際領先期刊《Energy & Environmental Energy》(IF 32.4)。