Controlling back-contact interface behavior in efficient CZTSSe solar cells via regulating the selenization reaction kinetics

动力学 锌黄锡矿 成核 接口(物质) 结晶 材料科学 光电子学 光伏系统 能量转换效率 化学工程 工作(物理) 电压 热的 载流子寿命 调制(音乐) 纳米技术 降级(电信) 热分解 过程(计算) 制作 科技与社会 分解
作者
Lei Wang,Letu Siqin,Ruijian Liu,Hongmei Luan,Sixin Wu,Chengjun Zhu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (2): 94908034-94908034 被引量:1
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94908034
摘要

Kesterite Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) presents a promising low-cost and sustainable photovoltaic material. However, its performance is critically hindered by uncontrollable complex crystallization during high-temperature selenization and the detrimental formation of a MoSe2 back contact layer, which induce significant carrier recombination losses imposing severe limitations on open-circuit voltage (VOC) and fill factor (FF). Addressing the challenge of achieving high-quality CZTSSe absorbers and interfaces, this study introduces a novel thermal modulation strategy during selenization. By optimizing nucleation and crystallization through a controlled slow heating stage—distinct from conventional sustained high-temperature processes—this method yields more uniform CZTSSe grains, effectively suppresses runaway growth of the interfacial MoSe2 layer, and inhibits absorber decomposition at the interface. Consequently, interface defect density is substantially reduced, leading to enhanced carrier transport properties. Devices fabricated using this method within the Cu2+-Sn2+-Dimethylformamide (DMF) precursor system achieved a significant power conversion efficiency (PCE) increase from 8.02% to 11.65%, driven by a VOC rise from 409 mV to 489 mV and a substantial FF enhancement from 54.34% to 63.63%. Furthermore, the method demonstrates excellent process compatibility, achieving PCEs of 13.72% and 13.81% in Cu+-Sn4+-DMF and Cu+-Sn4+-Methoxyethanol (MOE) systems, respectively. This work underscores the crucial importance of the CZTSSe/Mo interface and provides new insights and pathways for fabricating high-quality absorbers and efficient kesterite solar cells.
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