搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

曹宇 祝新运 陈翰博 王长刚 张鑫童 侯秉东 申明仁 周静

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

曹宇, 祝新运, 陈翰博, 王长刚, 张鑫童, 侯秉东, 申明仁, 周静
PDF
导出引用
  • 采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳电池进行建模仿真,将CdS,ZnO和SnO2的模型应用到Sb2Se3太阳电池的电子传输层中.结果显示,应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能,并发现电子传输层电子亲和势(χe-ETL)的变化能够调节Sb2Se3太阳电池内部的电场分布,是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的χe-ETL都会使电池的填充因子降低,导致电池性能劣化.当χe-ETL为4.2 eV时,厚度为0.6 μm的Sb2Se3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型,在不考虑Sb2Se3层缺陷态的理想情况下,厚度为3 μm的Sb2Se3太阳电池的转换效率可以达到16.55%(短路电流密度Jsc=34.88 mA/cm2、开路电压Voc=0.59 V、填充因子FF=80.40%).以上模拟结果表明,Sb2Se3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能,具有较高的应用潜力.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51772049)和吉林省科技发展计划(批准号:20170520159JH)资助的课题.
    [1]

    Lee T D, Ebong A U 2017 Renew. Sustain. Energy Rev. 70 1286

    [2]

    Bosio A, Rosa G, Romeo N 2018 Sol. Energy DOI: 10.1016/j.solener.2018.01.018

    [3]

    Bermudez V 2017 Sol. Energy 146 85

    [4]

    Yang W S, Noh J H, Jeon N J, Kim Y C, Ryu S, Seo J, Seok S 2015 Science 348 1234

    [5]

    Chen C, Li W, Zhou Y, Chen C, Luo M, Liu X, Zeng K, Yang B, Zhang C, Han J, Tang J 2015 Appl. Phys. Lett. 107 043905

    [6]

    Zhou Y, Leng M, Xia Z, Zhong J, Song H, Liu X, Yang B, Zhang J, Chen J, Zhou K, Han J, Cheng Y, Tang J 2014 Adv. Energy Mater. 4 1301846

    [7]

    Choi Y C, Mandal T N, Yang W S, Lee Y H, Im S H, Noh J H, Seok S 2014 Angew. Chem. 126 1353

    [8]

    Yuan C, Zhang L, Liu W, Zhu C 2016 Sol. Energy 137 256

    [9]

    Liang G X, Zheng Z H, Fan P, Luo J T, Hu J G, Zhang X H, Ma H L, Fan B, Luo Z K, Zhang D P 2018 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 174 263

    [10]

    Zhao B, Wan Z, Luo J, Han F, Malik H A, Jia C, Liu X, Wang R 2018 Appl. Surf. Sci. 450 228

    [11]

    Liu X, Xiao X, Yang Y, Xue D J, Li D B, Chen C, Lu S, Gao L, He Y, Beard M C, Chen S, Tang J 2017 Prog. Photovolt.: Res. Appl. 25 861

    [12]

    Zhou Y, Wang L, Chen S, Qin S, Liu X, Chen J, Xue D J, Luo M, Cao Y, Cheng Y, Sargent E H, Tang J 2015 Nat. Photon. 9 409

    [13]

    Shen K, Ou C, Hang T, Zhu H, Li J, Li Z, Mai Y 2018 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 186 58

    [14]

    Wang L, Li D B, Li K, Chen C, Deng H X, Gao L, Zhao Y, Jiang F, Li L, Huang F, He Y, Song H, Niu G, Tang J 2017 Nat. Energy 2 17046

    [15]

    Chen C, Zhao Y, Lu S, Li K, Li Y, Yang B, Chen W, Wang L, Li D, Deng H, Yi F, Tang J 2017 Adv. Energy Mater. 7 1700866

    [16]

    Lu S, Zhao Y, Chen C, Zhou Y, Li D, Li K, Chen W, Wen X, Wang C, Kondrotas R, Lowe N, Tang J 2018 Adv. Electron. Mater. 4 1700329

    [17]

    Patrick C E, Giustino F 2011 Adv. Funct. Mater. 21 4663

    [18]

    Wen X, Chen C, Lu S, Li K, Kondrotas R, Zhao Y, Chen W, Gao L, Wang C, Zhang J, Niu G, Tang J 2018 Nat. Commun. 9 2179

    [19]

    Liu Y, Sun Y, Rockett A 2012 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 98 124

    [20]

    Yaşar S, Kahraman S, Çetinkaya S, Apaydin S, Bilican I, Uluer I 2016 Optik 127 8827

    [21]

    Gloeckler M, Fahrenbruch A L, Sites J R 2003 Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion Osaka, Japan, May 11-18, 2003 p491

    [22]

    Chen C, Bobela D C, Yang Y, Lu S, Zeng K, Ge C, Yang B, Gao L, Zhao Y, Beard M C, Tang J 2017 Front. Optoelectron. 10 18

    [23]

    Zhang L, Li Y, Li C, Chen Q, Zhen Z, Jiang X, Zhong M, Zhang F, Zhu H 2017 ACS Nano 11 12753

    [24]

    Lin L, Jiang L, Qiu Y, Fan B 2018 J. Phys. Chem. Solids 122 19

  • [1]

    Lee T D, Ebong A U 2017 Renew. Sustain. Energy Rev. 70 1286

    [2]

    Bosio A, Rosa G, Romeo N 2018 Sol. Energy DOI: 10.1016/j.solener.2018.01.018

    [3]

    Bermudez V 2017 Sol. Energy 146 85

    [4]

    Yang W S, Noh J H, Jeon N J, Kim Y C, Ryu S, Seo J, Seok S 2015 Science 348 1234

    [5]

    Chen C, Li W, Zhou Y, Chen C, Luo M, Liu X, Zeng K, Yang B, Zhang C, Han J, Tang J 2015 Appl. Phys. Lett. 107 043905

    [6]

    Zhou Y, Leng M, Xia Z, Zhong J, Song H, Liu X, Yang B, Zhang J, Chen J, Zhou K, Han J, Cheng Y, Tang J 2014 Adv. Energy Mater. 4 1301846

    [7]

    Choi Y C, Mandal T N, Yang W S, Lee Y H, Im S H, Noh J H, Seok S 2014 Angew. Chem. 126 1353

    [8]

    Yuan C, Zhang L, Liu W, Zhu C 2016 Sol. Energy 137 256

    [9]

    Liang G X, Zheng Z H, Fan P, Luo J T, Hu J G, Zhang X H, Ma H L, Fan B, Luo Z K, Zhang D P 2018 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 174 263

    [10]

    Zhao B, Wan Z, Luo J, Han F, Malik H A, Jia C, Liu X, Wang R 2018 Appl. Surf. Sci. 450 228

    [11]

    Liu X, Xiao X, Yang Y, Xue D J, Li D B, Chen C, Lu S, Gao L, He Y, Beard M C, Chen S, Tang J 2017 Prog. Photovolt.: Res. Appl. 25 861

    [12]

    Zhou Y, Wang L, Chen S, Qin S, Liu X, Chen J, Xue D J, Luo M, Cao Y, Cheng Y, Sargent E H, Tang J 2015 Nat. Photon. 9 409

    [13]

    Shen K, Ou C, Hang T, Zhu H, Li J, Li Z, Mai Y 2018 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 186 58

    [14]

    Wang L, Li D B, Li K, Chen C, Deng H X, Gao L, Zhao Y, Jiang F, Li L, Huang F, He Y, Song H, Niu G, Tang J 2017 Nat. Energy 2 17046

    [15]

    Chen C, Zhao Y, Lu S, Li K, Li Y, Yang B, Chen W, Wang L, Li D, Deng H, Yi F, Tang J 2017 Adv. Energy Mater. 7 1700866

    [16]

    Lu S, Zhao Y, Chen C, Zhou Y, Li D, Li K, Chen W, Wen X, Wang C, Kondrotas R, Lowe N, Tang J 2018 Adv. Electron. Mater. 4 1700329

    [17]

    Patrick C E, Giustino F 2011 Adv. Funct. Mater. 21 4663

    [18]

    Wen X, Chen C, Lu S, Li K, Kondrotas R, Zhao Y, Chen W, Gao L, Wang C, Zhang J, Niu G, Tang J 2018 Nat. Commun. 9 2179

    [19]

    Liu Y, Sun Y, Rockett A 2012 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 98 124

    [20]

    Yaşar S, Kahraman S, Çetinkaya S, Apaydin S, Bilican I, Uluer I 2016 Optik 127 8827

    [21]

    Gloeckler M, Fahrenbruch A L, Sites J R 2003 Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion Osaka, Japan, May 11-18, 2003 p491

    [22]

    Chen C, Bobela D C, Yang Y, Lu S, Zeng K, Ge C, Yang B, Gao L, Zhao Y, Beard M C, Tang J 2017 Front. Optoelectron. 10 18

    [23]

    Zhang L, Li Y, Li C, Chen Q, Zhen Z, Jiang X, Zhong M, Zhang F, Zhu H 2017 ACS Nano 11 12753

    [24]

    Lin L, Jiang L, Qiu Y, Fan B 2018 J. Phys. Chem. Solids 122 19

  • [1] 肖迪, 王东明, 李珣, 李强, 沈凯, 王德钊, 吴玲玲, 王德亮. 基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究. 物理学报, 2017, 66(11): 117301. doi: 10.7498/aps.66.117301
    [2] 梁晓娟, 曹宇, 蔡宏琨, 苏健, 倪牮, 李娟, 张建军. 肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化. 物理学报, 2020, 69(5): 057901. doi: 10.7498/aps.69.20191891
    [3] 李艳武, 刘彭义, 侯林涛, 吴冰. Rubrene作电子传输层的异质结有机太阳能电池. 物理学报, 2010, 59(2): 1248-1251. doi: 10.7498/aps.59.1248
    [4] 刘毅, 徐征, 赵谡玲, 乔泊, 李杨, 秦梓伦, 朱友勤. 双添加剂处理电子传输层富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯对钙钛矿太阳能电池性能的影响. 物理学报, 2017, 66(11): 118801. doi: 10.7498/aps.66.118801
    [5] 甘永进, 蒋曲博, 覃斌毅, 毕雪光, 李清流. 锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20201219
    [6] 薛丁江, 石杭杰, 唐江. 新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展. 物理学报, 2015, 64(3): 038406. doi: 10.7498/aps.64.038406
    [7] 雷志芳, 金 鑫, 张晓丹, 熊绍珍, 赵 颖, 宋 峰. 薄膜太阳电池用纳米上转换材料制备及其特性研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4580-4584. doi: 10.7498/aps.57.4580
    [8] 王福芝, 谭占鳌, 戴松元, 李永舫. 平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展. 物理学报, 2015, 64(3): 038401. doi: 10.7498/aps.64.038401
    [9] 肖友鹏, 王怀平, 李刚龙. Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池数值模拟. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20201194
    [10] 刘博智, 黎瑞锋, 宋凌云, 胡炼, 张兵坡, 陈勇跃, 吴剑钟, 毕刚, 王淼, 吴惠桢. 氧化锌锡作为电子传输层的量子点发光二极管. 物理学报, 2013, 62(15): 158504. doi: 10.7498/aps.62.158504
    [11] 奚小网, 胡林华, 徐炜炜, 戴松元. TiCl4处理多孔薄膜对染料敏化太阳电池中电子传输特性影响研究. 物理学报, 2011, 60(11): 118203. doi: 10.7498/aps.60.118203
    [12] 梁林云, 戴松元, 方霞琴, 胡林华. 染料敏化太阳电池中TiO2膜内电子传输和背反应特性研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1956-1962. doi: 10.7498/aps.57.1956
    [13] 刘伟庆, 寇东星, 胡林华, 戴松元. 染料敏化太阳电池内部光路折转对电子传输特性的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 168201. doi: 10.7498/aps.61.168201
    [14] 梁林云, 陈 冲, 王孔嘉, 王命泰, 郭 力, 孔明光. 聚苯胺基固态染料敏化太阳电池中电子输运性能的研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4270-4276. doi: 10.7498/aps.56.4270
    [15] 寇东星, 姜年权, 刘伟庆, 胡林华, 黄阳, 戴松元. 调制光/电作用下染料敏化太阳电池中电荷传输和界面转移研究. 物理学报, 2010, 59(7): 5141-5147. doi: 10.7498/aps.59.5141
    [16] 戴松元, 孔凡太, 胡林华, 史成武, 方霞琴, 潘 旭, 王孔嘉. 染料敏化纳米薄膜太阳电池实验研究. 物理学报, 2005, 54(4): 1919-1926. doi: 10.7498/aps.54.1919
    [17] 徐炜炜, 戴松元, 方霞琴, 胡林华, 孔凡太, 潘 旭, 王孔嘉. 电沉积处理与染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化. 物理学报, 2005, 54(12): 5943-5948. doi: 10.7498/aps.54.5943
    [18] 曾隆月, 戴松元, 王孔嘉, 孔凡太, 胡林华, 潘 旭, 史成武. 染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探. 物理学报, 2005, 54(1): 53-57. doi: 10.7498/aps.54.53
    [19] 徐炜炜, 胡林华, 罗向东, 刘培生, 戴松元. 基于薄膜电极溶胶修饰的染料敏化太阳电池光电特性研究. 物理学报, 2012, 61(8): 088801. doi: 10.7498/aps.61.088801
    [20] 郑雪, 余学功, 杨德仁. -Si:H/SiNx叠层薄膜对晶体硅太阳电池的钝化. 物理学报, 2013, 62(19): 198801. doi: 10.7498/aps.62.198801
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  779
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-21
  • 修回日期:  2018-11-01
  • 刊出日期:  2019-12-20

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

  • 1. 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学), 吉林 132012;
  • 2. 东北电力大学化学工程学院, 吉林 132012
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51772049)、吉林省科技发展计划(批准号:20170520159JH)和吉林省教育厅"十三五"科学技术研究项目(批准号:JJKH20190705KJ)资助的课题.

摘要: 采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳电池进行建模仿真,将CdS,ZnO和SnO2的模型应用到Sb2Se3太阳电池的电子传输层中.结果显示,应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能,并发现电子传输层电子亲和势(χe-ETL)的变化能够调节Sb2Se3太阳电池内部的电场分布,是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的χe-ETL都会使电池的填充因子降低,导致电池性能劣化.当χe-ETL为4.2 eV时,厚度为0.6 μm的Sb2Se3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型,在不考虑Sb2Se3层缺陷态的理想情况下,厚度为3 μm的Sb2Se3太阳电池的转换效率可以达到16.55%(短路电流密度Jsc=34.88 mA/cm2、开路电压Voc=0.59 V、填充因子FF=80.40%).以上模拟结果表明,Sb2Se3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能,具有较高的应用潜力.

English Abstract

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回