2023-01-16 オーストラリア連邦研究会議(ARC)
銅、亜鉛、スズ、硫黄-セレン（CTZSSe）からなる薄膜太陽電池は、次世代の太陽光発電技術として期待されています。
地球上に豊富に存在する材料を用いており、ペロブスカイトなどの競合する新技術と比較して、空気や湿気による劣化に強いという特徴があります。また、シリコンよりも低温で溶液化（液体化）でき、有害元素を含まないという特徴もある。
しかし、CTZSSeの粒成長を促進するためには熱処理が必要ですが、これが分解を誘発し、得られた薄膜にボイドや欠陥が発生し、電荷が失われ、最終的にデバイスの性能を低下させる原因となります。
今回、メルボルン大学のExciton Scienceのメンバーと、セントラルサウス大学の共同研究者たちが、解決策を見出した。
中間層にチオシアン酸銅（CuSCN）を用いることで、セレンとモリブデンの望ましくない反応とCZTSSeの分解を抑制することができるのだ。
このようにして合成された高品質な薄膜は、再結合損失が少なく、電荷キャリア密度が向上していることが確認された。
また、作製したテストデバイスは、この種の太陽電池の世界記録である13.0%に迫る11.1%の電力変換効率を達成した。
本研究成果は、Advanced Functional Materials誌に掲載された。
＜関連情報＞
- https://excitonscience.com/news/new-protective-layer-boosts-efficiency-thin-film-solar-cells
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211421
CZTSSe太陽電池の高性能化に向けたCuSCN修飾バックコンタクトの開発 CuSCN Modified Back Contacts for High Performance CZTSSe Solar Cells
Yixiong Ji, Xiangyun Zhao, Yining Pan, Zhenghua Su, Jinhong Lin, Eser Metin Akinoglu, Yang Xu, Heyou Zhang, Pengjun Zhao, Yue Dong, Xingzhan Wei, Fangyang Liu, Paul Mulvaney
Advanced Functional Materials Published: 05 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202211421
Abstract
Optimization of the back contact interface is crucial for improving the performance of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin film solar cells. In this paper, self-depleted CuSCN is deployed as an intermediate layer at the Mo/CZTS interface to improve the quality of the back contact. This CuSCN layer, obtained via aqueous solution processing, reduces the thickness of Mo(S,Se)2 and eliminates multi-layer crystallization of the absorber by suppressing the undesirable reaction between Mo and Se during the selenization process. By regulating the selenium infiltration into the CZTS precursor films during the selenization process, highly crystalline, single-layer Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) absorber layers are realized. The single-layer CZTSSe absorber exhibits reduced carrier recombination, enhanced carrier density and increased work function. The improved back contact and absorber layer enables 11.1% power-conversion-efficiency to be achieved.
