Si襯底Cu2ZnSnS4太陽能電池的數(shù)值分析*

劉輝城 許佳雄 林俊輝

(廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院, 廣州 510006)

在Si襯底上制備的Cu2ZnSnS4(CZTS)太陽能電池具有CZTS與Si襯底的晶格失配低的優(yōu)點, 但目前其轉(zhuǎn)換效率仍較低.本文采用異質(zhì)結(jié)太陽能電池仿真軟件Afors-het對Si襯底CZTS太陽能電池進行數(shù)值計算.對現(xiàn)有的p-CZTS/n-Si太陽能電池的計算結(jié)果表明, 在該電池結(jié)構(gòu)中p-CZTS和n-Si分別起窗口層和吸收層的作用, 但p-CZTS具有高光吸收系數(shù), 使大部分入射光無法透過p-CZTS層進而被n-Si吸收, 限制了電池的轉(zhuǎn)換效率.本文提出以p-Si作為襯底的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池結(jié)構(gòu).計算得到的p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)的暗態(tài)電流密度-電壓(J–V)特性曲線均為線性曲線, 表明p-CZTS與p-Si為歐姆接觸以及p-Si作為p-CZTS的背電極的可行性.進一步計算了p-Si的厚度與摻雜濃度、p-CZTS的厚度與摻雜濃度對n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池光伏特性的影響, 在不考慮寄生串并聯(lián)電阻效應(yīng)和缺陷態(tài)的理想情況下, 電池的最高轉(zhuǎn)換效率為28.41%.本文計算結(jié)果表明, n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池可解決現(xiàn)有p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)存在的問題, 是一種合適的Si襯底CZTS太陽能電池結(jié)構(gòu).

1 引 言

近年來, 許多研究者專注于尋找適合制備太陽能電池的光伏材料.在眾多的光伏材料中, 銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4, CZTS)引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣[1,2].CZTS薄膜具有與太陽光譜匹配的禁帶寬度(1.4—1.5 eV)以及較高的光吸收系數(shù)(> 1 ×104cm–1), 且其組成元素的來源非常豐富、價格低廉[3,4].根據(jù)報道, CZTS太陽能電池常用鍍Mo鈉鈣玻璃作為襯底[5?7].金屬Mo作為背電極具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、電導(dǎo)率高等優(yōu)點.CZTS和Mo的晶格常數(shù)a分別為0.5427和0.3150 nm, CZTS和Mo之間的晶格失配產(chǎn)生界面態(tài), 影響Mo背電極對光生空穴的收集.在CZTS薄膜制備過程中,由于硫擴散到Mo背電極發(fā)生硫化反應(yīng), 常在CZTS與Mo之間生成MoS2界面層[8].MoS2的晶格常數(shù)a為0.3220 nm[9], MoS2界面層可減緩CZTS和Mo之間的晶格失配, 但CZTS與MoS2之間仍存在一定的晶格失配.因此, 有必要研究采用與CZTS晶格失配度低的材料作為CZTS的襯底.Si的晶格常數(shù)a= 0.5430 nm[10], 與CZTS的晶格常數(shù)非常接近, 且Si無毒, 在自然界中含量豐富,具有良好的化學(xué)惰性及穩(wěn)定性, 適合作為CZTS的襯底.有文獻報道在n型Si襯底上通過濺射[11]、熱蒸發(fā)[12]、脈沖激光[13,14]和溶液法[15,16]制備p型CZTS薄膜, 構(gòu)成p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)的太陽能電池, 但目前最高轉(zhuǎn)換效率僅為5.8%[16], 低于傳統(tǒng)的鍍Mo鈉鈣玻璃襯底CZTS太陽能電池的最高轉(zhuǎn)換效率12.6%[17].

本文采用數(shù)值仿真方法對p-CZTS/n-Si太陽能電池進行研究, 分析限制該太陽能電池光伏特性的因素.針對p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)存在的問題, 提出采用p型Si(p-Si)作為CZTS太陽能電池襯底的新思路, 先計算p-CZTS與p-Si的電學(xué)接觸特性,分析p-Si作為p-CZTS的背電極可行性.在此基礎(chǔ)上, 對采用p-Si為襯底的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池進行計算, 并揭示該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點.

2 計算方法

本文使用德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心開發(fā)的異質(zhì)結(jié)太陽能電池仿真軟件Afors-het[18]對p-CZTS/n-Si, p-CZTS/p-Si, n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算.圖1給出各結(jié)構(gòu)的示意圖, 其中p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)只對不加光照的暗態(tài)條件進行計算.表1列出了各層材料的物理參數(shù)取值, 其中n-CdS和p-CZTS的參數(shù)取自文獻[19], p-CZTS的光吸收系數(shù)取自文獻[20], n-ZnO:Al, i-ZnO, n-Si和p-Si參數(shù)取自軟件自帶參數(shù).光學(xué)模型選用Lambert-Beer模型,光照條件為功率密度100 mW/cm2的AM1.5光譜.

圖1 仿真結(jié)構(gòu)示意圖 (a) p-CZTS/n-Si; (b) p-CZTS/p-Si; (c) n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-SiFig.1.Diagrams of different structures: (a) p-CZTS/n-Si;(b) p-CZTS/p-Si; (c) n-ZnO:Al/i-ZnO/CdS/CZTS/p-Si.

數(shù)值計算過程主要求解以下方程:

方程(1)為泊松方程, 方程(2)和方程(3)分別為自由電子和空穴連續(xù)性方程, 方程(4)和方程(5)分別為電子和空穴電流密度方程.式中x為半導(dǎo)體表面到內(nèi)部的距離,分別為真空介電常數(shù)和相對介電常數(shù),y為靜電勢,q為電子電量,Cn,Cp分別為電子濃度和空穴濃度,ND,NA分別為施主雜質(zhì)濃度和受主雜質(zhì)濃度,Cdef為缺陷濃度,Jn,Jp分別為電子電流密度和空穴電流密度,Un,Up分別為電子復(fù)合率和空穴復(fù)合率,G為產(chǎn)生率,t為時間,μn,μp分別為電子遷移率和空穴遷移率,Efn,Efp分別為電子準(zhǔn)費米能級和空穴準(zhǔn)費米能級.可得到各個結(jié)構(gòu)在熱平衡條件下的光生載流子產(chǎn)生率分布圖和能帶圖, 以及光照條件下的電流密度-電壓(J–V)特性和光譜響應(yīng)等.

表1 仿真參數(shù)取值Table 1.Simulated parameters.

3 計算結(jié)果與討論

3.1 p-CZTS/n-Si太陽能電池

建立p-CZTS/n-Si太陽能電池結(jié)構(gòu)模型進行仿真計算.圖2為p-CZTS/n-Si太陽能電池的開路電壓Voc、短路電流密度Jsc、填充因子FF和轉(zhuǎn)換效率h隨n-Si的厚度dn-Si和摻雜濃度Nn-Si, p-CZTS的厚度dp-CZTS和摻雜濃度Np-CZTS的變化.在圖2(a)中, n-Si厚度為400 μm時填充因子和轉(zhuǎn)換效率達到最大值.在p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)中, 入射光從p-CZTS側(cè)進入太陽能電池, p-CZTS的帶隙大于n-Si的帶隙, 因此p-CZTS和n-Si分別作為太陽能電池的窗口層和吸收層.當(dāng)n-Si厚度從100 μm增大到400 μm時, n-Si對入射光的吸收增大, 因此太陽能電池的光伏特性得到提高.n-Si厚度繼續(xù)增大到500 μm時, 轉(zhuǎn)換效率有少量下降,這是因為n-Si對入射光的吸收達到飽和且n-Si厚度超過載流子擴散長度.如圖2(b)所示, p-CZTS/n-Si太陽能電池的短路電流密度、開路電壓和轉(zhuǎn)換效率隨n-Si摻雜濃度增加而單調(diào)遞增, 來源于太陽能電池內(nèi)建電勢的增大.由圖2(c)與圖2(d)可得, 太陽能電池的短路電流密度和轉(zhuǎn)換效率均隨p-CZTS的厚度和摻雜濃度的增大而減小, 這是因為p-CZTS窗口層對入射光的吸收隨厚度的增大而增大, 窗口層吸收損失的增大使n-Si吸收層能夠吸收的入射光減少, 而增大p-CZTS摻雜濃度導(dǎo)致載流子復(fù)合增大.

圖2 p-CZTS/n-Si太陽能電池性能隨 (a) n-Si的厚度dn-Si, (b) n-Si的摻雜濃度Nn-Si, (c) p-CZTS的厚度dp-CZTS, (d) p-CZTS的摻雜濃度Np-CZTS的變化關(guān)系Fig.2.The performances of p-CZTS/n-Si solar cell with the changes of (a) the thickness of n-Si (dn-Si), (b) the doping concentration of n-Si (Nn-Si), (c) the thickness of p-CZTS (dp-CZTS), (d) the doping concentration of p-CZTS (Np-CZTS).

圖3 最優(yōu)p-CZTS/n-Si太陽能電池的 (a) J–V特性曲線, (b)光譜響應(yīng), (c)載流子產(chǎn)生率分布圖Fig.3.The (a) J–V characteristic curve, (b) spectral response, (c) generation rate distribution of the optimal p-CZTS/n-Si solar cell.

在圖2中, 最優(yōu)的p-CZTS/n-Si太陽能電池的參數(shù)取值為: n-Si厚度400 μm、n-Si摻雜濃度1 × 1019cm–3、p-CZTS厚 度0.2 μm、p-CZTS摻雜濃度1 × 1015cm–3.該太陽能電池的輸出J-V特性曲線、光譜響應(yīng)和光生載流子產(chǎn)生率如圖3所示.在圖3(a)中, 太陽能電池的開路電壓739.2 mV、短路電流密度42.6 mA/cm2、填充因子58.92%、轉(zhuǎn)換效率18.57%.圖3(b)中, 在波長l為300—900 nm的范圍內(nèi), 太陽能電池的外量子效率EQE大于0.9.在波長1000 nm附近, 對應(yīng)的光子能量接近n-Si的帶隙, 太陽能電池的外量子效率顯著下降, 說明n-Si起吸收層的作用.

在仿真計算中, p-CZTS/n-Si太陽能電池的最佳轉(zhuǎn)換效率僅18.57%, 低于常規(guī)的玻璃襯底CZTS太陽能電池的仿真效率[21].由前面的分析可得, 在p-CZTS/n-Si太陽能電池中, p-CZTS是窗口層, n-Si是吸收層, 但p-CZTS具有高光吸收系數(shù).圖3(c)給出p-CZTS/n-Si太陽能電池的光生載流子產(chǎn)生率G在器件中的分布圖, p-CZTS的載流子產(chǎn)生率比n-Si的載流子產(chǎn)生率高5倍以上,說明在p-CZTS窗口層中有大量的光吸收損失, 到達n-Si吸收層的入射光很少, 使n-Si無法有效地吸收入射光.因此, p-CZTS不適合作為窗口層, 這是p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)存在的缺陷.為了仍利用CZTS與Si的晶格失配度低的優(yōu)點, 本文借鑒傳統(tǒng)的玻璃襯底CZTS太陽能電池結(jié)構(gòu), 提出采用p型Si作為CZTS太陽能電池襯底的新結(jié)構(gòu)n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si, 包括n-ZnO:Al和i-ZnO窗口層、n-CdS緩沖層、p-CZTS吸收層、p-Si背電極.該結(jié)構(gòu)利用n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS構(gòu)成的p-n結(jié)作為基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光伏特性.與鍍Mo鈉鈣玻璃襯底CZTS太陽能電池相比, p-Si襯底CZTS太陽能電池僅需將襯底由鍍Mo鈉鈣玻璃替換為p-Si, 電池的其他結(jié)構(gòu)及工藝流程保持不變.與晶體硅太陽能電池相比, p-Si襯底CZTS太陽能電池的襯底作為背電極, 無需較厚的Si襯底; 而對于晶體硅太陽能電池, 由于Si是間接帶隙材料, 吸收系數(shù)不夠高, 為保證一定的入射光吸收, 通常需使用較厚的Si襯底.此外,制備CZTS太陽能電池常用500 ℃左右的硫化熱處理溫度[22], 低于制備晶體硅太陽能電池常用的擴散溫度1000 ℃[23], 可降低能耗.但使用p-Si作為襯底和背電極使電極電阻大于Mo電極, 會增大CZTS太陽能電池的串聯(lián)電阻, 且Si襯底的制備過程存在污染和能耗問題.

3.2 p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)

研究以p-Si作為襯底的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池首先要考慮p-Si是否可作為p-CZTS的背電極.本節(jié)建立p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)模型, 計算其暗態(tài)J-V特性曲線和熱平衡能帶圖, 分析p-CZTS/p-Si是否形成歐姆接觸.

圖4為p-CZTS/p-Si的暗態(tài)J–V特性曲線隨p-Si厚度dp-Si的變化, p-CZTS/p-Si的暗態(tài)J-V特性曲線均為線性曲線, 表明p-CZTS與p-Si形成歐姆接觸.隨著p-Si厚度減小, p-Si的體電阻減小, 因此J-V特性曲線的斜率增大, 即p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)的電阻減小.

圖4 p-CZTS/p-Si的J-V特性曲線隨p-Si厚度dp-Si的變化Fig.4.J-V characteristic curves of p-CZTS/p-Si with the change of the thickness of p-Si (dp-Si).

圖5 p-CZTS/p-Si的J-V特性曲線隨p-Si摻雜濃度Np-Si的變化Fig.5.J-V characteristic curves of p-CZTS/p-Si with the change of the doping concentration of p-Si (Np-Si).

圖6 p-Si摻雜濃度為 (a) 1 × 1015 cm–3, (b) 1 × 1017 cm–3, (c) 1 × 1019 cm–3時, p-CZTS/p-Si的能帶圖Fig.6.Band diagrams of p-CZTS/p-Si when the doping concentrations of p-Si are (a) 1 × 1015 cm–3, (b) 1 × 1017 cm–3, (c) 1 × 1019 cm–3.

圖5 為p-CZTS/p-Si的暗態(tài)J-V特性曲線隨p-Si摻雜濃度Np-Si的變化.隨著p-Si摻雜濃度的升高, p-CZTS/p-Si的線性J-V特性曲線的斜率增大.圖6是p-Si摻雜濃度為1 × 1015, 1 × 1017和1 × 1019cm–3時的p-CZTS/p-Si熱平衡能帶圖,E為能量, 以p-CZTS表面的真空能級作為能量零點,Ec,Ef和Ev分別為導(dǎo)帶底、費米能級和價帶頂.當(dāng)p-Si摻雜濃度為1 × 1015cm–3時, p-CZTS與p-Si界面處形成空穴勢壘, 勢壘高度為0.25 eV,較低的勢壘使p-CZTS與p-Si仍為歐姆接觸.p-Si摻雜濃度增大時, p-Si的功函數(shù)增大, 使界面處勢壘降低.當(dāng)p-Si摻雜濃度為1 × 1017cm–3時,勢壘高度下降為0.13 eV; p-Si摻雜濃度升高到1 × 1019cm–3時, p-CZTS與p-Si界面處已無勢壘.因此提高p-Si摻雜濃度可改善p-CZTS/p-Si的歐姆接觸.

p-CZTS摻雜濃度Np-CZTS對p-CZTS/p-Si的暗態(tài)J-V特性曲線和能帶圖的影響分別如圖7和圖8所示.從圖7可以看出, 所有p-CZTS/p-Si的暗態(tài)J-V特性曲線均為線性, 體現(xiàn)出歐姆接觸特性.圖8表明在三個p-CZTS摻雜濃度條件下, p-CZTS/p-Si均未形成空穴勢壘.隨著p-CZTS摻雜濃度的升高, p-CZTS的電阻減小, 因此p-CZTS/p-Si的J-V特性曲線斜率增大.

圖7 p-CZTS/p-Si的J-V特性曲線隨p-CZTS摻雜濃度Np-CZTS的變化Fig.7.J-V characteristic curves of p-CZTS/p-Si with the change of the doping concentration of p-CZTS (Np-CZTS).

圖8 p-CZTS摻雜濃度為 (a) 1 × 1015 cm–3, (b) 1 ×1017 cm–3, (c) 1 × 1019 cm–3時, p-CZTS/p-Si的能帶圖Fig.8.Band diagrams of p-CZTS/p-Si when the doping concentrations of p-CZTS are (a) 1 × 1015 cm–3, (b) 1 ×1017 cm–3, (c) 1 × 1019 cm–3.

在本節(jié)的計算范圍內(nèi), p-CZTS與p-Si都形成歐姆接觸, 表明p-Si可作為p-CZTS的背電極.

3.3 n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池

在3.2節(jié)得出p-Si可作為p-CZTS的背電極的基礎(chǔ)上, 本節(jié)進一步建立n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)的太陽能電池模型進行仿真計算, 得到p-Si的厚度dp-Si、摻雜濃度Np-Si和p-CZTS的厚度dp-CZTS、摻雜濃度Np-CZTS對太陽能電池光伏特性的影響, 如圖9所示.從圖9(a)和圖9(b)可以看出, 太陽能電池的開路電壓、短路電流密度、填充因子和轉(zhuǎn)換效率隨p-Si厚度減小而增大, 隨p-Si摻雜濃度增大而增大.減少p-Si厚度和提高p-Si摻雜濃度均有利于提高p-CZTS/p-Si的歐姆接觸特性, 因此可提高太陽能電池的光伏特性.在圖9(c)中, 隨著p-CZTS厚度的增加, 太陽能電池的開路電壓、短路電流密度和轉(zhuǎn)換效率增大, 來源于p-CZTS吸收層對入射光吸收的增加.在圖9(c)和圖2(c)中, 太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率隨p-CZTS層厚度增大的變化趨勢相反, 原因是p-CZTS層在兩種太陽能電池中起不同的作用.在p-CZTS/n-Si太陽能電池中, p-CZTS是窗口層; 在n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池中, p-CZTS是吸收層.在圖9(d)中, 太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率隨p-CZTS摻雜濃度的升高而增大,p-CZTS摻雜濃度增大時, 太陽能電池的內(nèi)建電場增強, 有利于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率.

圖9 n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的性能隨 (a) p-Si厚度dp-Si, (b) p-Si摻雜濃度Np-Si, (c) p-CZTS厚度dp-CZTS, (d) p-CZTS摻雜濃度Np-CZTS的變化關(guān)系Fig.9.The performances of n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si solar cell with the changes of (a) the thickness of p-Si (dp-Si), (b) the doping concentration of p-Si (Np-Si), (c) the thickness of p-CZTS (dp-CZTS), (d) the doping concentration of p-CZTS (Np-CZTS).

在圖9的參數(shù)取值范圍內(nèi), n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的最佳光伏特性為開路電壓1084 mV、短路電流密度29.68 mA/cm2、填充因子69.89%、轉(zhuǎn)換效率22.49%, 對應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為n-Si厚度100 μm、n-Si摻雜濃度1 × 1019cm–3、CZTS厚度3 μm、CZTS摻雜濃度1 × 1019cm–3.在此基礎(chǔ)上, 對太陽能電池做進一步的優(yōu)化, 在不考慮電池寄生串并聯(lián)電阻效應(yīng)和電池各層材料缺陷態(tài)的理想情況下, n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的最佳光伏特性為開路電壓1087 mV、短路電流密度29.91 mA/cm2、填充因子87.37%、轉(zhuǎn)換效率28.41%, 轉(zhuǎn)換效率高于3.1節(jié)的p-CZTS/n-Si太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率18.57%, 并超過目前單晶硅太陽能電池的最高效率26.7%[24].圖10為優(yōu)化的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的輸出J-V特性曲線、光譜響應(yīng)、熱平衡狀態(tài)下的內(nèi)建電場分布圖和能帶圖.在圖10(b)的光譜響應(yīng)中, 在波長300—740 nm范圍內(nèi), n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的外量子效率EQE大于0.9.在波長900 nm附近, 電池的外量子效率下降到接近0, 該波長對應(yīng)的能量接近p-CZTS的帶隙, 說明p-CZTS起吸收層的作用.圖10(c)的太陽能電池?zé)崞胶怆妶龇植紙D以從n-ZnO:Al指向p-Si的方向作為電場Efield的正方向, n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正向內(nèi)建電場, 用于將光生電子和光生空穴分離至電池兩側(cè).p-CZTS和p-Si的功函數(shù)差導(dǎo)致p-CZTS/p-Si界面處真空能級E0產(chǎn)生負向跳變(見圖10(d)的熱平衡能帶圖, 圖中以n-ZnO:Al表面的真空能級作為能量零點),在p-CZTS/p-Si界面處產(chǎn)生方向相反的內(nèi)建電場.該反向內(nèi)建電場分布窄, 且p-CZTS/p-Si界面處真空能級的變化量僅有24 meV, 對內(nèi)建電勢、光生載流子的分離收集以及太陽能電池光伏特性的影響較小.

本節(jié)計算結(jié)果表明n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)可以在維持利用p-CZTS與Si晶格失配度低的優(yōu)勢的同時, 有效利用p-CZTS作為吸收層的作用, 避免p-CZTS/n-Si結(jié)構(gòu)存在的問題.

圖10 優(yōu)化的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的 (a) J–V特性曲線, (b)光譜響應(yīng), (c)內(nèi)建電場, (d)能帶圖Fig.10.The (a) J–V characteristic curve, (b) spectral response, (c) built-in electric field, (d) band diagram of the optimal n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si solar cell.

4 結(jié) 論

本文采用Afors-het軟件對Si襯底CZTS太陽能電池進行數(shù)值計算.對于文獻報道的p-CZTS/n-Si太陽能電池, 計算n-Si的厚度和摻雜濃度、p-CZTS的厚度和摻雜濃度對太陽能電池光伏特性的影響, 結(jié)果表明該太陽能電池受p-CZTS窗口層存在較多的光吸收損失、n-Si無法有效地吸收入射光的限制, 優(yōu)化的轉(zhuǎn)換效率僅為18.57%.為了仍利用p-CZTS與Si的晶格失配度低的優(yōu)點, 本文提出采用p-Si作為襯底和背電極的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池結(jié)構(gòu).對p-CZTS/p-Si結(jié)構(gòu)的暗態(tài)J-V特性的計算表明, p-CZTS/p-Si為歐姆接觸, 減小p-Si厚度、增大p-Si和p-CZTS的摻雜濃度可以提高p-CZTS/p-Si的J-V特性曲線的斜率.n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池的優(yōu)化光伏特性為開路電壓1087 mV、短路電流密度29.91 mA/cm2、填充因子87.37%、轉(zhuǎn)換效率28.41%.本文計算結(jié)果揭示了現(xiàn)有p-CZTS/n-Si太陽能電池存在的問題,提出具有更優(yōu)光伏特性的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS/p-Si太陽能電池結(jié)構(gòu), 為下一步的實驗工作提供指導(dǎo).