Cd‐Free High‐Bandgap Cu2ZnSnS4 Solar Cell with 10.7% Certified Efficiency Enabled by Engineering Sn‐Related Defects

材料科学 带隙 太阳能电池 工程物理 光电子学 锌黄锡矿 认证 纳米技术 捷克先令 物理 政治学 法学
作者
Ao Wang,Jialiang Huang,Chang Yan,Guojun He,Xin Cui,Xiaojie Yuan,Yingtang Zhou,Mingrui He,Tianyun Qiu,Chenghan Zhao,Martin A. Green,Kaiwen Sun,Xiaojing Hao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202407063
摘要

Abstract Cd‐free high‐bandgap Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS) solar cells are expected to offer green and low‐cost solutions to single‐junction and tandem photovoltaic markets. Despite attracting considerable attention in past years, reported certified efficiency has yet to exceed the 10% threshold. Sn‐related defects, especially those originating from Sn 2+ oxidation states, lead to severe recombination loss and limit device performance. Here, the formation of these detrimental defects is suppressed by creating a more benign chemical environment during sulfurization annealing. With dominant Sn 4+ states in the source material and the precursor, the oxidation state of Sn remains primarily in its native Sn 4+ state during annealing and in the final film. Engineering the Sn‐related defects leads to shallower tail states in bulk CZTS and fewer interfacial defects. As a result, both radiative and non‐radiative recombination losses are alleviated, contributing to a certified 10.7% efficiency of the Cd‐free high‐bandgap CZTS solar cell. This strategy may advance various kesterite materials and other technologies with multivalent constituents.
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