Cu(In,Ga)Se2（CIGS）是I-III-VI組化合物半導(dǎo)體材料，具備黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)，以它為吸收層的太陽(yáng)能電池為CIGS薄膜太陽(yáng)能電池，具備光電轉(zhuǎn)換效率高、電池穩(wěn)定性好、抗輻照能力強(qiáng)、弱光性好等優(yōu)勢(shì)。液相法制備CIGS電池實(shí)現(xiàn)了17.3%轉(zhuǎn)換效率，雖然與真空法的23.35%相比仍有一定的差距，但由于液相法制備薄膜具有成本低、原料利用率高、可以實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷制備等優(yōu)點(diǎn)，仍具有巨大的潛在發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

研究表明，在GXCIGS電池的吸收層表面通常存在一層貧銅組分的有序缺陷化合物（2VCu+InCu，OVC），OVC相可以極大提高CIGS/CdS異質(zhì)結(jié)質(zhì)量，從而提升CIGS器件效率。在液相法制備薄膜中，由于無法實(shí)現(xiàn)元素在制備過程中的實(shí)時(shí)調(diào)控，很難實(shí)現(xiàn)CIGS表面OVC的可控形成。近期，河南大學(xué)武四新教授課題組通過分析OVC相的形成機(jī)理，設(shè)計(jì)了一種在吸收層表面沉積貧銅CIGS化合物的方式，利用在硒化成膜過程中Cu元素的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)CIGS表面OVC的制備。通過控制硒化溫度以及頂層和體相前驅(qū)體薄膜的Cu/(In+Ga)化學(xué)計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)Cu(In,Ga)Se2表面OVC相的可控制備（圖1）。

圖1. OVC相制備過程示意圖

圖2. CIGS器件的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

通過測(cè)試分析，武四新教授課題組發(fā)現(xiàn)表面OVC相提升CIGS電池效率的原因主要來源于以下幾點(diǎn)：

（1）OVC相使CIGS表面的價(jià)帶能級(jí)位置向下移動(dòng)，形成空穴往緩沖層傳輸?shù)膭?shì)壘，YZ載流子在CIGS/CdS的復(fù)合。

（2）OVC相的形成可以有效降低界面的缺陷濃度。

（3）OVC相可以促進(jìn)載流子的分離和收集。

通過優(yōu)化OVC相含量，制備出了16.39%效率的CIGS太陽(yáng)能電池，本研究工作對(duì)進(jìn)一步提升液相法CIGS太陽(yáng)能電池的效率提供了新的研究思路和技術(shù)手段。

圖3  7種OVC結(jié)構(gòu)的拉曼光譜、J-V曲線和FF數(shù)

圖4 有/無OVC結(jié)構(gòu)CIGS器件的Cu元素TOF-SIMS剖面、EQE曲線、USP光譜

圖5 有/無OVC結(jié)構(gòu)CIGS器件在不同溫度下暗態(tài)J-V曲線

文章信息

這一成果以“Controllable Formation of Ordered Vacancy Compound for High Efficiency Solution Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”為題發(fā)表在Advanced functional materials上。河南大學(xué)趙云海為論文DY作者，武四新教授和袁勝杰博士為論文通訊作者

文章鏈接https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04399

本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司SolarIV系列 太陽(yáng)能電池伏安特性測(cè)量系統(tǒng)，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢我司。

河南大學(xué)武四新教授課題組簡(jiǎn)介

河南大學(xué)武四新教授課題組名稱：光電功能材料以及太陽(yáng)能薄膜電池。

課題組主要從事光電功能的設(shè)計(jì)、制備及光伏性能的研究，希望能改善薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。課題組期望通過對(duì)銅基薄膜太陽(yáng)能電池各部分組件先進(jìn)工藝和關(guān)鍵技術(shù)的探索和突破(薄膜微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、缺陷態(tài)調(diào)控、表/界面鈍化、能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及微觀動(dòng)力學(xué)研究等方面)，ZZ開發(fā)出具有高結(jié)晶質(zhì)量吸收層體相材料和優(yōu)良電學(xué)性能接觸界面的GXCZTSSe以及CIGS光伏器件并豐富其應(yīng)用領(lǐng)域。

截止目前，本課題組已承擔(dān)了各類項(xiàng)目10余項(xiàng)，其中，包括，國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、教育部科學(xué)技術(shù)ZD項(xiàng)目、人事部歸國(guó)留學(xué)人員 擇優(yōu)支持計(jì)劃項(xiàng)目、河南省科技廳基礎(chǔ)與前沿ZD項(xiàng)目、河南省高校知識(shí)創(chuàng)新工程支持計(jì)劃等，在國(guó)內(nèi)外著名學(xué)術(shù)期刊Energy Environ. Sci.，Adv. Funct. Mater.，Chem. Mater.以及J. Mater. Chem. A等發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇。

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經(jīng)濟(jì)型

標(biāo)配四元梯度，正、反相體系便于切換，全自動(dòng)智能液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具備SepaBean控制軟件的全部功能?？赏饨覧LSD檢測(cè)器適用于更多樣品的分離純化。全自動(dòng)智能觸控式柱架。

共通特性

● 梯度類型: 等度, 線性, 臺(tái)階

● 流通池光徑: 0.3 mm (標(biāo)配); 2.4 mm (選配)

● 譜圖顯示: 單波長(zhǎng)/雙波長(zhǎng)/全波段掃描

● 檢測(cè)器類型:DAD全波長(zhǎng)檢測(cè)器，雙波長(zhǎng)同時(shí)采集，運(yùn)行中實(shí)時(shí)修改波長(zhǎng)，全波段光譜掃描功能，輕松判斷最 大吸收波長(zhǎng)，簡(jiǎn)單判斷峰純度

● 上樣方式: 手動(dòng)

● 收集方式: 全收集, 廢液, 閾值, 斜率, 時(shí)間

● 收集容器: 標(biāo)準(zhǔn): 試管(13 mm, 15 mm, 18 mm, 25 mm); 可選: 法式方瓶 (250 mL, 500 mL)或大容量收集瓶; 可自定義收集容器

● 控制系統(tǒng):移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、ipad等移動(dòng)設(shè)備） 無線操控

● 多重安全防護(hù)，漏液監(jiān)測(cè)、超壓保護(hù)、一鍵急停、斷電恢復(fù)等功能保證實(shí)驗(yàn)安全有效的進(jìn)行

● 認(rèn)證: CE認(rèn)證

特色功能

● 靈活的無線控制方式，尤其適用于需要避光或置于操作箱內(nèi)運(yùn)行分離實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景

● 賬戶安全登錄，通過128/256位AES數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)并傳輸，保障數(shù)據(jù)安全

● 內(nèi)設(shè)獨(dú)立的氣泵模塊，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)吹掃管路和色譜柱的殘留溶劑，防止溶劑浪費(fèi)和不安全因素

● 全自動(dòng)智能液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

● 帶LCD顯示屏的試管架，方便用戶定位收集餾分對(duì)應(yīng)的試管

● 軟件內(nèi)置斷電恢復(fù)功能，將意外斷電造成的損失降至最 低

● 觸控式柱架頭，實(shí)現(xiàn)分離柱的自動(dòng)固定

● 自主開發(fā)軟件以及各種智能化功能體驗(yàn)，具有智能化梯度轉(zhuǎn)化方法，能夠根據(jù)Rf值及HPLC方法推薦合適的梯度、上樣量、分離柱及流速等參數(shù)，流程化的操作設(shè)計(jì)，讓純化更簡(jiǎn)單

● 局域網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)設(shè)備可進(jìn)行組網(wǎng)，真正做到任何情況下實(shí)驗(yàn)都可不終斷的進(jìn)行，同時(shí)局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)分離純化數(shù)據(jù)共享，真正做到數(shù)據(jù)累積，永不丟失

● 軟件內(nèi)置分離方法數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)用戶輸入的樣品關(guān)鍵信息，自動(dòng)推薦最適合的分離方法，從而提高工作效率

可外接ELSD檢測(cè)器，適用于更多樣品的檢測(cè)

● 控制軟件符合FDA對(duì)于系統(tǒng)安全性的要求(21-CFR Part 11)，更適用于廣大醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)和實(shí)驗(yàn)室

● 手機(jī)即可更新儀器軟件版本，輕松實(shí)現(xiàn)軟件更新簡(jiǎn)單快捷