Evolution of large-grained CuSbS2 thin films by rapid sulfurization of evaporated Cu–Sb precursor stacks for photovoltaics application

材料科学 光伏 薄膜 纳米技术 化学工程 光电子学 光伏系统 电气工程 工程类
作者
U. Chalapathi,P. Uday Bhaskar,Rajesh Cheruku,S. Sambasivam,Si‐Hyun Park
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (3): 4758-4763 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.09.365
摘要

Ternary chalcostibite (CuSbS 2 ) is a non-toxic and earth-abundant thin-film solar cell material with an optimal band gap, high optical absorption coefficient, and p-type electrical conductivity. Large-grained CuSbS 2 thin films are crystallized by sulfurizing thermally evaporated Cu/Sb/Cu precursor stacks at 450 °C for a short duration of 1–10 min. The precursor stacks sulfurized at 450 °C for 1 min resulted in the formation of a Cu-deficient (to a small extent) and Sb-rich large-grained thin-films of CuSbS 2 without any secondary phases. Increasing the sulfurization duration from 5 min to 10 min resulted in the formation of near-stoichiometric CuSbS 2 films with columnar growth and more uniformly sized grains. The direct band gap of the films is found to be 1.42 eV. The electrical resistivity decreases from 28.6 to 16.7 Ω cm upon increasing the sulfurization duration from 1 to 10 min, respectively, and the hole mobility is in the range of 0.44–0.56 cm 2 V −1 s −1 . The solar cells fabricated using the CuSbS 2 films sulfurized for a duration of 5 min exhibited a maximum power conversion efficiency of 2.5% with an open-circuit voltage of 568.7 mV and a short-circuit current density of 13.8 mA/cm 2 . This study provides a pathway for the development of high-efficiency CuSbS 2 solar cells.
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