Elemental de-mixing-induced epitaxial kesterite/CdS interface enabling 13%-efficiency kesterite solar cells

锌黄锡矿 材料科学 异质结 外延 光电子学 退火(玻璃) 能量转换效率 太阳能电池 捷克先令 纳米技术 冶金 图层(电子)
作者
Yuancai Gong,Qiang Zhu,Bingyan Li,Shanshan Wang,Biwen Duan,Licheng Lou,Chunxu Xiang,Erin Jedlicka,Rajiv Giridharagopal,Yage Zhou,Qi Dai,Weibo Yan,Shiyou Chen,Qingbo Meng,Hao Xin
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:7 (10): 966-977 被引量:209
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01132-4
摘要

The conversion efficiency of kesterite solar cells has been stagnated at 12.6% since 2013. In contrast to chalcopyrite solar cells, the performance of kesterite solar cells is seriously limited by heterojunction interface recombination. Here we demonstrate kesterite/CdS heterojunction is constructed on a Zn-poor surface due to the dissolution of Zn2+ during chemical bath deposition. The occupation of Cd2+ on the Zn site and re-deposition of Zn2+ into CdS creates a defective and lattice-mismatched interface. Low-temperature annealing of the kesterite/CdS junction drives migration of Cd2+ from absorber back to CdS and Zn2+ from absorber bulk to surface, achieving a gradient composition and reconstructing an epitaxial interface. This greatly reduces interface recombination and improves device open-circuit voltage and fill factor. We achieve certified 12.96% efficiency small-area (0.11 cm2) and certified 11.7% efficiency large-area (1.1 cm2) kesterite devices. The findings are expected to advance the development of kesterite solar cells.
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