利用無機空穴傳輸層提高Cu?SrSnS?太陽能電池的性能

CdTe 和 CIGSe 等薄膜太陽能電池因其低生產成本和出色的功率轉換效率 （PCE） 而受到廣泛關注。然而，組成元素的毒性和稀缺性限制了它們的廣泛使用。

近日，Cu2SrSnS4半導體因其卓越的吸收特性（包括無毒、地球豐度、可調帶隙等）而成為一種潛在的替代品。但是，它仍處于新興階段，PCE 僅為 0.6%，這表明它需要顯著增強才能與傳統太陽能電池競爭。

開路電壓大 （VOC （英超頻）） 損耗會限制其性能，這主要源于與傳輸層的頻帶對齊不當。發現理想的設備配置是增強其 PCE 的最佳解決方案。

最近，SCAPS-1D 仿真軟件因其可靠性和在不消耗材料的情況下在更短的時間內研究太陽能電池特性的優勢而受到關注。在我們發表在《固體物理與化學雜志》上的工作中，我們提出了幾種器件配置，并全面研究了 Cu 的性能2SrSnS4使用 SCAPS-1D 的太陽能電池。

我們設計了六種銅2SrSnS4基于硫屬化物和氧化物基空穴傳輸層 （HTL） 的超態構型太陽能電池，即 Sb2S3、MoS2銅3BiS3、NiO、CuAlO2和 Cu2O 的 Ol，ZnMgO 作為電子傳遞層 （ETL）。此外，我們還設計了不含 HTL 的太陽能電池，以了解 HTL 在性能增強方面的重要性。

它們的性能被廣泛分析為每層基本參數的函數，例如厚度、載流子密度、缺陷密度和界面特性。這些優化的最終結果是顯著的。添加 HTL 提高了 PCE，與硫系元素 HTL 相比，基于氧化物 HTL 的太陽能電池提供了更高的性能，Cu 的冠軍 PCE 為 18.48%2O HTL.

我們進一步對各種基于 HTL 的太陽能電池進行了比較分析，以發現 Cu 占據主導地位的原因2O HTL 優于其他。該研究的重點是從 SCAPS-1D 中提取的每個太陽能電池的能帶圖、電場、生成、復合速率、奈奎斯特圖和電子分布。

我們確定 Cu2O 太陽能電池在吸收器和 HTL 的界面處具有完美的能帶對準，空穴和電子勢壘分別為 -0.04 eV 和 0.46 eV。此外，它在負極顯示出更高的電場，復合電阻為 9.4×105Ω.cm2和低 VOC （英超頻）與其他人相比，赤字。

總之，我們的工作為光伏界提供了有希望的指南，以理解 HTL 在提高太陽能電池效率方面的重要性。所以，我們認為 Cu 的制造2SrSnS4太陽能電池用冠軍器件結構 FTO/ZnMgO/Cu2SrSnS4/銅2O/Ni 會提高 Cu 的 PCE2SrSnS4 未來的太陽能電池。

具有多種無機 HTL 的 Cu?SrSnS? 太陽能電池的示意圖 圖片來源：固體物理與化學雜志（2025 年）;DOI： 10.1016/j.jpcs.2025.112732