Towards high efficiency Cd-Free Sb2Se3 solar cells by the band alignment optimization

太阳能电池 带隙 开路电压 导带 硒化物 缓冲器(光纤) 能量转换效率 光电子学 材料科学 物理 电压 电气工程 冶金 量子力学 工程类 电子
作者
Iman Gharibshahian,Ali A. Orouji,Samaneh Sharbati
出处
期刊:Solar Energy Materials and Solar Cells [Elsevier BV]
卷期号:212: 110581-110581 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.solmat.2020.110581
摘要

In this paper, we investigated the effect of Zn1-yMgyO/ZnO1-xSx double buffer layers on the antimony selenide (Sb2Se3) solar cells performance. Our results show that the magnesium and sulfur concentrations in proposed double buffer layers have a significant effect on the band alignment optimization at the junctions. The flexibility with Zn1-yMgyO/ZnO1-xSx double buffer layers ranging from 0 to 25% magnesium and 10%–70% sulfur allows an optimal conduction band offset (CBO) for Sb2Se3 solar cells. An improved open-circuit voltage (Voc) was observed in the Sb2Se3 solar cell with Zn0.93Mg0.07O/ZnO0.4S0.6 proposed double buffer layers due to appropriate CBO values at the junction interfaces. The short-circuit current density (Jsc) values increased as the sulfur concentration in the ZnO1-xSx buffer layer increased from 0 to 0.7 (x value), which could be related to the increase in the optical band gap of the ZnO1-xSx layer. The results demonstrated that under small positive offset conditions (spike-like), the carrier recombination rate at the interface is reduced, and consequently, the Sb2Se3 solar cell performance is improved. A Sb2Se3 solar cell with the optimum CBO amount (+0.3 eV) represented a conversion efficiency of 15.46%, which exhibited a 68% enhancement in comparison to the traditional CdS/Sb2Se3 solar cell.
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