Efficiency Boost of (Ag0.5,Cu0.5)(In1‐x,Gax)Se2 Thin Film Solar Cells by Using a Sequential Process: Effects of Ag‐Front Grading and Surface Phase Engineering

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作者
Lung‐Hsin Tu,Ngoc Thanh Thuy Tran,Shih‐kang Lin,Chih‐Huang Lai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (29) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/aenm.202301227
摘要

Abstract Post‐selenization‐fabricated (using elemental Se vapor) Cu(In,Ga)Se 2 solar cell efficiency is limited by a low open‐circuit voltage, which is attributable to the Ga‐deficient surface and insufficient grain growth. In this study, a band‐grading structure is demonstrated by combining Ag‐front and Ga‐back grading in selenized (Ag,Cu)(In,Ga)Se 2 (ACIGSe) absorbers with a properly designed precursor structure (Mo/CuGa/In/AgGa) and high Ag content ([Ag]/([Ag]+[Cu]) = 0.5). The phase evolution during post‐selenization reveals that the precursor structure suppresses Ag 2 Se formation and promotes the ACIGSe phase formed at a low temperature with enhanced grain growth. A widened surface bandgap by Ag‐front grading substantially increases the open‐circuit voltage. Furthermore, Ag addition promotes ordered vacancy compound (OVC) formation on the front surface to enlarge the valence band offset, which in turn reduces interface recombination. Furthermore, the OVC phase also assists interface passivation. Promoting surface OVC phase by Ag addition is also validated by first‐principles calculations. Furthermore, the K‐doped CuGa precursor is used for a ACIGSe absorber to address the significantly reduced carrier density by the Ag addition. With a band‐grading structure and surface OVC phase, the superior device achieves an efficiency of > 19%, the highest efficiency by post‐selenization with an elemental Se source.
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