Bättre solceller med ZnSnO-buffert

Ordlista:
Öppenspänning	Spänningen från solcellen i en öppen krets.
Rekombination	Då elektronen avger sin energi och återgår till valensbandet.
Bandgap	Energiskillnad mellan valensbandet och ledningsbandet som elektronen exciterar mellan.

För de bästa solcellerna av CZTS-typ har den största begränsningen av verkningsgraden berott på en begränsad maximal öppenspänning. En förklaring har varit att elektronernas energinivå i ledningsbandet för bufferlagret, CdS, inte matchar energin för ledningsbandet i CZTS-lagret vilket ger upphov till rekombination i gränsytan mellan dem. För att undersöka detta använder man ofta en temperaturberoende ström- och spänningsanalys (JVT), där man tar fram aktiveringsenergin för rekombinationen. Om denna är lika stor som bandgapet i absorbatorskiktet tolkas rekombinationen vara framför allt i bulken av materialet medan en lägre aktiveringsenergi tyder på en dominerande rekombination i gränsytor. För de flesta CZTS-solceller har aktiveringsenergin visat på rekombination i gränsytor. I denna studie undersöktes ZnSnO (ZTO) som bufferlager, vars bandgap från forskning på CIGS har visat sig variera beroende på temperaturen då det beläggs, och hur ZTO som bufferlager påverkade rekombinationen och solcellens prestanda.

CZTS-solceller tillverkades på glassubstrat med Mo/CZTS/bufferlager/ZnO/ZnO:Al/kontakt, med ZTO som bufferlager samt CdS som bufferlager som referens. För solceller med ZTO deponerades bufferlagret under 80, 95 respektive 120°C. Solcellerna som deponerats vid 80°C visade sig ha en begränsad verkningsgrad då energinivån i ZTO:n var för hög och skapade en barriär för strömmen, vilket beror på det ökade bandgapet vid minskande temperatur. För ZTO-solceller deponerade vid 120°C var verkningsgraden liknande som för referenscellerna. Energinivån för denna temperatur har i studier på CIGS visat sig vara lika som den med CdS som buffert, vilket är en trolig förklaring för resultatet. Solcellerna som deponerats under 95°C visade sig ha högst verkningsgrad, och också högre än referenscellerna, vilket tyder på den bästa matchningen av energinivåer. För dessa undersöktes även rekombinationen med hjälp av JVT. Aktiveringsenergin visade sig vara högre än för referenscellerna, men fortfarande något lägre än det förväntade bandgapet för CZTS. Det kan dock ändå tolkas som att rekombinationen har minskat i gränsytan och skiftat till bulken av materialet, eller åtminstone att barriären för rekombination i gränsytan har ökat. Oavsett har ZTO som buffert visat sig minska rekombinationen med hjälp av de matchande energinivåerna och vara ett fördelaktigt material för CZTS jämfört med CdS.

Läs originalartikeln här