Simultaneous Band Alignment Modulation and Carrier Dynamics Optimization Enable Highest Efficiency in Cd‐Free Sb2Se3 Solar Cells

材料科学 太阳能电池 原子层沉积 异质结 光电子学 光伏系统 载流子 薄膜 纳米技术 生态学 冶金 生物
作者
Shuo Chen,Yu‐Ao Ye,Muhammad Ishaq,Donglou Ren,Ping Luo,Ke‐Wen Wu,Yu‐Jia Zeng,Zhuanghao Zheng,Zhenghua Su,Guangxing Liang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (40) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adfm.202403934
摘要

Abstract Antimony selenide (Sb 2 Se 3 ) has developed as an eco‐friendly photovoltaic candidate owing to its non‐toxic composition and exceptional optoelectronic properties. However, the toxic and parasitic light‐absorbing CdS are widely used as electron transport layer (ETL) in Sb 2 Se 3 solar cells, which severely limits its development. Herein, an alternative, zinc tin oxide (ZTO) ETL with varying composition‐dependent energy structure is deposited by atomic layer deposition (ALD) technique and used for constructing Cd‐free Sb 2 Se 3 solar cells. It has been found that the ZTO ETL possessing an appropriate Zn/Sn ratio can alter the Sb 2 Se 3 /ZTO heterojunction band alignment to an ideal “spike‐like” arrangement. It not only suppresses the accumulation and recombination of charge carriers at the interface, but also effectively enhances carrier transport. In addition, thanks to the formation of passivated Sb 2 O 3 ultra‐thin layer upon ALD process, the non‐radiative recombination within bulk Sb 2 Se 3 can be effectively suppressed, and therefore enhancing carrier lifetime, extraction efficiency, and collection efficiency. Consequently, the as‐fabricated Mo/Sb 2 Se 3 /ZTO/ITO/Ag thin‐film solar cell demonstrates an impressive efficiency of 8.63%. This accomplishment establishes it as the most efficient Cd‐free Sb 2 Se 3 solar cell to date, underscoring the significant advantages of incorporating ZTO ETL in the development of Sb 2 Se 3 photovoltaic scenarios.
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