从17.2%到19.2%效率提升：化学蚀刻在异位铋掺杂CdSeTe电池中的应用

CdSeTe 是一种重要的光伏材料，理论光电转换效率（PCE）超 30% ，世界纪录PCE 达 22.6%。当前对CdSeTe 太阳能电池的掺杂研究重点已从铜掺杂转向V族元素掺杂，以降低开路电压损失、提高稳定性。实验方法

 

采用异位掺杂法在经CdCl₂处理的 CdSeTe 样品上掺杂铋。实验组用 23% 硝酸溶液以 5000 转/分的速度动态旋涂刻蚀，对照组未刻蚀。之后两组均旋涂PTAA 并蒸镀 50nm 金作为背电极，完成器件制备。在电流-电压（JV）测量前进行 10 分钟光照浸泡。实验结果与分析

 

表面形貌

 

未蚀刻和化学蚀刻样品的SEM图像

 

 

蚀刻效果：化学蚀刻显著改善了CdSeTe薄膜的背表面形貌，去除了不良的含Bi₂O₃层。

 

性能提升：蚀刻后，背势垒高度从392 meV降低到362 meV，填充因子（FF）从69.5%提高到76.1%，最终使功率转换效率（PCE）从17.2%提升到19.2%。载流子收集效率

 

未蚀刻和化学蚀刻样品的稳态PL强度测量

 

 

蚀刻效果：化学蚀刻显著降低了CdSeTe薄膜的PL强度，特别是在880 nm处的CdSeTe带间发射峰。

 

性能提升：PL强度的降低表明载流子复合减少，载流子收集效率提高，这与蚀刻后填充因子（FF）和功率转换效率（PCE）的提高相一致。电学性能

 

未蚀刻和化学蚀刻样品的JV曲线

 

 

Voc变化：化学蚀刻后，Voc略有下降，可能是由于去除了背表面的含Bi₂O₃层，该层具有一定的钝化作用。

 

FF提升：化学蚀刻显著提高了FF，从69.5%增加到76.1%，这是由于去除了高电阻性的含Bi₂O₃层，降低了背势垒高度，提高了空穴的提取效率。

 

PCE提升：尽管Voc略有下降，但FF的显著提高使得PCE从17.2%提高到19.2%。

 

未蚀刻和化学蚀刻CdSeTe太阳能电池的器件统计数据

 

 

光电转换效率（PCE）：化学刻蚀电池的PCE 整体高于未刻蚀电池。未刻蚀电池的平均 PCE 为 16.4%，而化学刻蚀后提高到 17.6%。这表明化学刻蚀能够显著改善电池的光电转换性能，原因在于刻蚀去除了CdSeTe背表面的含Bi2O3层，降低了背势垒高度，减少了载流子传输阻碍，从而提高了电池将光能转化为电能的效率。

 

开路电压（Voc）：未刻蚀电池的 Voc 略高于化学刻蚀电池。这是因为未刻蚀电池中含Bi2O3层具有一定的钝化作用，能够在一定程度上提高 Voc。

 

填充因子（FF）：化学刻蚀使电池的平均FF从67%大幅提升到73%。刻蚀去除含Bi2O3层后，电池内部的电阻特性得到改善，减少了能量损失，从而有效提高了FF，进而提升了电池的PCE。

 

串联电阻和并联电阻：图中未直接给出串联电阻和并联电阻的具体数值，结合文章内容，化学刻蚀后串联电阻减小，并联电阻增大。背势垒高度

 

未蚀刻和化学蚀刻CdSeTe太阳能电池的JVT测量结果

 

 

背势垒高度变化：刻蚀使背势垒高度从392meV 降至 362meV 。这是因为化学刻蚀去除了 CdSeTe 背表面含Bi₂O₃的高电阻层，减少了载流子传输的阻碍，降低了背势垒高度。

 

通过化学蚀刻，可以清洁CdSeTe背表面的电阻性Bi₂O₃层，将背势垒高度从392 meV降低到362 meV，并将FF从69.5%提高到76.1%。通过成功优化，我们实现了PCE为19.2%的异位铋掺杂CdSeTe电池。美能MPPT多通道电池测试系统

 

 

 

 

美能MPPT多通道电池测试系统，采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源，以其先进的技术和多功能设计，为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。

 

• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）

 

• 光强可调节:0.2sun, 0.5sun, 1sun, 1.5sun，4个档位

 

• 功率独立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

 

美能MPPT多通道电池测试系统能够同时测试多个电池样品，精确追踪最大功率点（MPPT），并提供详细的电流-电压（IV）曲线分析，从而更深入地理解蚀刻工艺对电池性能的影响。通过这种高效的测试手段，研究人员可以加速工艺优化，推动CdSeTe太阳能电池向更高效率、更稳定的方向发展。

 

原文出处：Effects of Chemical Etching in Ex-situ Bi-Doped CdSeTe Solar Cells

 

 

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