Upper efficiency limit of Sb2Se3 solar cells

钝化 钙钛矿(结构) 硒化物 材料科学 纳米技术 工程物理 化学 物理 冶金 结晶学 图层(电子)
作者
Xinwei Wang,Seán R. Kavanagh,David O. Scanlon,Aron Walsh
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:8 (7): 2105-2122 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.05.004
摘要

Antimony selenide (Sb2Se3) is at the forefront of an emerging class of sustainable photovoltaic materials. Despite notable developments over the past decade, the light-to-electricity conversion efficiency of Sb2Se3 has reached a plateau of ∼10%. Is this an intrinsic limitation of the material, or is there scope to rival the success of metal halide perovskite solar cells? Here, we assess the trap-limited conversion efficiency of Sb2Se3. First-principles analysis of the hole and electron capture rates for point defects in the bulk material demonstrates the critical role of vacancies as active recombination centers. We predict an upper limit of 26% efficiency in Sb2Se3 grown under optimal equilibrium conditions where the concentrations of charged vacancies are minimized. We further reveal how the detrimental effect of Se vacancies can be reduced by extrinsic oxygen passivation, highlighting a pathway to achieve high-performance metal selenide solar cells close to the single-junction thermodynamic limit.
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