《表3 SCAPS1D模拟Cd S/CZTS和Zn1-xMgxO/CZTS电池的输出参数》

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《Zn_(1-x)Mg_xO/Cu_2ZnSnS_4异质结薄膜太阳能电池的仿真研究》

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为了定性分析Zn1-xMgx O/CZTS异质界面能带带阶对电池性能的影响，采用SCAPS?1D软件进行了电池仿真分析。器件的性能参数见表3。由于CZTS四元半导体材料本征缺陷较多[14?15]，本文对其缺陷密度设定为2.7×1017/cm-3，仿真得到的Cd S/CZTS电池转换效率为10.26%，与实验结果接近，表明薄膜的各项参数和缺陷的设置比较合理。为了研究Zn Mg O用作CZTS缓冲层的效果，保持电池中其它参数不变，仅对Zn1-xMgx O的禁带宽度和电子亲和势进行调整，然后仿真Zn1-xMgx O/CZTS异质界面能带带阶对电池性能的影响，其结果如图2所示，当导带带阶?Ec小于0 e V时，电池开路电压Voc、短路电流密度Jsc和曲线因子FF随着禁带宽度的增加而明显增大。这是因为Zn Mg O的导带底位置小于CZTS，并且在热平衡条件下Zn Mg O的导带底位置离CZTS的价带顶位置很近，在Zn Mg O/CZTS界面处容易产生界面复合而形成暗电流，从而导致Voc、Jsc和FF偏低。随着Zn Mg O的Mg组分含量的增大，Zn?Mg O的导带底位置慢慢上升，界面复合将逐渐减少。因此，?Ec>0时Voc、Jsc和FF趋于稳定；界面处导带带阶增大到0.2 e V时，Jsc和FF开始降低；?Ec=0.3 e V时Jsc急剧下降。这说明Zn Mg O的导带底位置上升到一定程度时，Zn Mg O/CZTS界面处出现了尖峰势垒结构，高势垒尖峰结构将阻碍吸收层的光生电子到达n区，增加等效串联电阻，使Jsc和FF降低，从而影响光电转换效率η。因此，适当的界面能带带阶对载流子的收集起着重要的作用。导带带阶在0～0.2 e V范围时电池光电转换效率较高，当?Ec=0.1 e V时能够获得η=10.68%的最高光电转换效率。