Design and Fabrication of PERC-Like CdTe Solar Cells Using Micropatterned Al2O3 Layer
本研究通过激光束光刻在CdTe表面制备微图案化Al2O3钝化层，构建了类PERC太阳能电池，分析了图案化结构对Voc、Jsc和FF的不同影响及潜在机制。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Point defects in CdTe and CdTeSe alloy: a first principles investigation with DFT+U
本文采用DFT+U第一性原理计算，全面研究了CdTe和CdTeSe合金中的本征与外来缺陷特性，揭示了缺陷对材料电学和光学性质的影响。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
High-fidelity simulations of CdTe vapor deposition from a new bond-order potential-based molecular dynamics method
CdTe是一种特殊的半导体材料，用于制造成本最低的太阳能电池，而CdTe基的Cd 1-xZnxTe合金是辐射探测应用的主要半导体材料。然而，材料目前实现的性能仍远低于理论预期。这是因为在CdTe晶体生长过程中容易形成的限制性质的纳米级缺陷在实验中难以探索。在这里，我们证明了键级势为基础的分子动力学方法的能力，用于预测在气相沉积模拟过程中的CdTe薄膜的晶体生长。这样的方法可以开始使得能够准确地探索在CdTe晶体的气相沉积期间产生的缺陷。
2012-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Impact of ALD-Deposited Ultrathin Nitride Layers on Carrier Lifetimes and Photoluminescence Efficiency in CdTe/MgCdTe Double Heterostructures
本研究评估ALD沉积的SiNx、AlN、TiN超薄氮化物层对CdTe/MgCdTe双异质结构的钝化效果，证实其可提升载流子寿命、减少表面复合，指出SiNx是提升CdTe太阳能电池效率的潜在钝化材料。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
All-Inorganic Spin-Cast Nanoparticle Solar Cells with Non-Selective Electrodes
旋转浇铸的全无机纳米颗粒溶液已被用于制作CdTe/CdSe太阳能电池，其效率高达2.8%，而没有氧化铝或钙缓冲层。的类型的结和非选择性的性质，这些设备的接触进行了探讨。
2008-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary strain localization in CdTe solar cell revealed by Scanning 3D X-ray diffraction microscopy
利用扫描三维X射线衍射显微镜以100 nm分辨率对CdTe太阳能电池吸收层进行非破坏性三维成像，揭示高应变主要集中在大角度晶界并形成与CdS层相连的连续通路，从而关联硫沿晶界扩散，为多晶材料晶界表征提供了新方法。
2024-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structure, Electrical and Optical Properties of ITO Thin Films and their Influence on Performance of CdS/CdTe Thin-Film Solar Cells
采用固相反应法将分级TiO 2和SnO 2粉体混合，制备了ITO。采用电子束枪技术制备了不同厚度的ITO薄膜。研究了薄膜厚度对薄膜结构、电学和光学性能的影响。利用X射线衍射仪测定了不同厚度ITO的结构参数（晶格应变和晶粒尺寸）。结果表明，随着薄膜厚度的增加，薄膜的平均晶粒尺寸增大，但晶格应变减小。SEM显示，随着膜厚的增加，ITO的晶粒尺寸增大并得到改善。采用标准四探针法测量了不同厚度ITO薄膜的电学性能。可以看出，当ITO膜的厚度从75 nm增加到325 nm时，电阻率从29 × 10 ^-4欧姆/厘米降低到1.65 × 10 ^-4欧姆/厘米。这意味着具有较低电学性能的ITO薄膜将更适合于高效率的CdTe太阳能电池。采用三种光学层模型（基板粘接层/ITO膜B样条层/表面粗糙层），利用高精度椭圆偏振法计算膜厚。在较高的T（λ）和R（λ）吸收区，确定吸收系数以计算光学能隙，其从3.56 eV增加到3.69 eV。最后，研究了不同厚度ITO膜对CdS/CdTe太阳电池性能的影响。当ITO窗口层的厚度为325 nm，Voc = 0.82 V，Jsc = 17 mA/cm 2，FF = 57.4%时，最高功率转换效率（PCE）为8.6%。
2020-12-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Charge-carrier thermalization in bulk and monolayer CdTe from first principles
虽然碲化镉（CdTe）薄膜在太阳能电池原型中使用了几十年，但最近二维（2D）材料的出现挑战了常规CdTe层厚度的基本限制。在这里，我们报告我们的理论预测的光生载流子动力学在一个最终薄（约1纳米）碲化镉板。它对应于一个层，这是一个单一的晶胞厚度，当大块母晶体在锌α相是沿着[110]面分裂。使用基于密度泛函理论（DFT）和弛豫时间近似（RTA）中的Boltzmann方程的\textit{ab-initio}方法，我们确定了例如通过激光照射激发到一定能量的载流子的热化时间。我们的计算包括在第一布里渊区（BZ）中的所有声子分支所产生的贡献，从而捕获所有相关的带间和带内载流子跃迁由于电子-声子散射。我们发现，光生载流子热化时间大大减少，由一个数量级的空穴和三个数量级的电子，一旦碲化镉晶体从散装到单层变薄。最令人惊讶的是，当从导带最小值（CBM）计算时，电子热化时间变得与高达约0.5~eV的电子过剩能量无关。我们将这种特殊的行为与简并的近抛物线最低导带相关联，该导带在2D极限中产生恒定的态密度（DOS）。我们的研究结果可能有助于设计新型的CdTe基光电子器件，利用非平衡光激发载流子来提高性能。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
DeFecT-FF: a machine learning force field framework for high throughput defect modeling in CdTe-based solar cells
School of Materials Engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）
提出DeFecT-FF框架，结合高通量DFT计算和基于晶体图的机器学习力场模型，高效预测Cd/Zn-Te/Se/S化合物中本征点缺陷、掺杂剂和缺陷复合体的能量与基态构型，并公开为nanoHUB在线工具。
2026-05-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
ALD Zinc Tin Oxide Buffers for Chalcopyrite Solar Cells: Electrical Barriers and Conduction Band Cliffs
University of Luxembourg（卢森堡大学）
本研究针对宽带隙硫化物黄铜矿太阳能电池的缓冲层改性需求，探究ALD制备的不同组分ZnSnO缓冲层的电学特性，明确锡含量与导带底的正相关关系及对电池性能的影响机制。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Tail state formation in solar cell materials: First principles analyses of zincblende, chalcopyrite, kesterite and hybrid perovskite crystals
太阳能电池吸收体中的尾态形成导致对太阳能电池性能的不利影响。然而，在实验半导体晶体中的能带拖尾的表征通常是困难的。在这篇文章中，为了确定各种太阳能电池材料中的尾态产生，我们开发了一个相当通用的理论方案，其中实验Urbach能量与由密度泛函理论（DFT）计算得到的吸收边能量进行了比较。为此，我们采用密度泛函理论计算了CdTe、CuInSe_2（CISe）、CuGaSe_2（CGSe）、Cu_2ZnSnSe_4（CZTSe）、Cu_2ZnSnS_4（CZTS）和混合钙钛矿等太阳能电池材料的吸收光谱。结果表明，在CdTe、CISe、CGSe和混合钙钛矿多晶中，尾态的形成可以忽略不计。然而，共蒸发的CZTSe和CZTS层表现出非常大的Urbach能量，这是远远大于理论的同行。基于DFT分析结果，我们得出结论，在CZTSe和CZTS中观察到的相当大的尾态形成源于广泛的阳离子无序。特别是，即使是轻微的阳离子取代被发现在CZT（S）Se中产生不寻常的带波动。相比之下，CH_3NH_3PbI_3杂化钙钛矿理论上显示出最尖锐的吸收边，这与实验一致。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Numerical Modelling of Buffer Layers for Advancing CZTSSe Solar Cell Efficiency
该研究通过SCAPS-1D模拟探究CZTSSe基锡锌硫族太阳能电池，优化缓冲层等参数后，i-ZnO/SnS₂/CZTSSe/Au结构效率达28.38%，为提升该类电池效率与稳定性提供参考。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Analysis Of SnS2 Buffer Layer And SnS Back Surface Layer Based CZTS Solar Cells Using SCAPS
利用SCAPS模拟了一种改进的单元结构Mo/SnS/CZTS/SnS 2/ZnO的铜锌锡硫化物（CZTS）基太阳能电池。在模拟中使用SnS 2缓冲层代替标准CdS层。在改进的电池配置中添加了额外的SnS背面钝化层。与标准的CdS缓冲层太阳能电池结构Mo/CZTS/CdS/ZnO相比，太阳能电池的效率得到了提高，表明了用SnS 2作为CdS潜在替代物的可能性。此外，使用背表面钝化层导致改进的太阳能电池性能。
2015-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxidation of In2S3 films to synthetize In2S3(1-x)O3x thin films as a buffer layer in solar cells
从先前的研究中已知In 2S 3（1-x）O3 x具有作为x的函数连续变化的带隙，这就是为什么这种固溶体在光化学领域中潜在地令人感兴趣的原因。在这项工作中，我们提出了在空气气氛中加热氧化的In 2S 3，以获得所需的材料的结果。氧化是伴随着质量损失，由于通过热重分析研究的装置由O原子取代的S。看来，发生氧化的温度区域强烈依赖于沉积膜的织构。通过化学浴沉积法沉积的生长态膜经受纳米氧化，所述纳米氧化发生在比以更好的结晶度和更大的微晶尺寸为特征的材料的氧化更低的温度下。利用X射线衍射和扫描电子显微镜（包括EDX）对薄膜的成分和织构进行了表征。该论文的主要结论为生产太阳能电池层的实际应用开辟了前景。
2014-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Graded composition Cd$_x$Zn$_{1-x}$Te films grown by Isothermal Close Space Sublimation technique
采用等温近空间升华法生长CdTe和ZnTe多层膜，制备了组分梯度的CdxZn 1-xTe薄膜。这两种层的厚度沿结构进行修改，以产生朝向膜表面的CdTe的平均浓度的增加。由于Zn/Cd在生长过程中的相互扩散，层的序列被转换成相对平滑的渐变组成膜。根据X射线衍射表征，虽然它们显示出相对高的镶嵌性，但这些层与（100）取向的GaAs衬底相干地生长。θ-2 θ图显示如从可变组成样品所预期的非常宽的衍射峰。光吸收中的带隙渐变效应也通过使用透明衬底的透射测量来验证。的薄膜的梯度组合物配置文件，证实了X-射线光电子和二次离子质谱。此外，定量Cd，Zn和Te的配置文件，通过分析卢瑟福背散射光谱的样品。该分析示出了范围从样品表面处的大约x = 0.8到与衬底的界面处的x = 0.35的CdTe摩尔分数分布。证明了使用简单且具有成本效益的程序生长梯度组合物层的可能性。这可能是有趣的技术应用，如CdS/CdTe太阳能电池中的可变成分的CdxZn 1-xTe层
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Materials for Solar Energy Conversion: Photoferroics Revisited
铁电材料（即表现出自发电极化的固体）在太阳能电池中的应用有着悠久而有争议的历史。这包括异常光伏效应（APE）和体光伏效应（BPE）的第一次观察。最近无机和混合钙钛矿结构材料（例如BiFeO 3、CsSnI 3、CH 3 NH3 PbI 3）在太阳能电池中的成功应用强调了极性半导体可用于常规光伏架构。我们回顾了这一领域的发展，特别强调已知的材料显示APE/BPE（如ZnS，CdTe，SbSI），和理论解释。临界分析与基础电子结构的第一性原理计算相辅相成。除了讨论铁电吸收层的影响，和固态极化理论（Berry相位分析），设计原则和高效率的铁电photopolics的机会。
2014-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Relativistic origin of slow electron-hole recombination in hybrid halide perovskite solar cells
混合钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3（CH 3）具有长的少数载流子寿命和扩散长度。我们表明，慢复合起源于自旋分裂间接间隙。大的内部电场作用于自旋轨道耦合能带极值，将能带边缘移动到不等效的波矢，使得基本带隙间接。从描述的准粒子自洽GW（QSGW）近似下的光致发光，碲化镉和砷化镓，我们预测载流子寿命作为光强度和温度的函数。在工作条件下，我们发现在辐射复合的直接间隙行为相比，减少了350多的一个因素。间接间隙保留，动态无序。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Broadband Absorption in Cadmium Telluride Thin-Film Solar Cells via Composite Light Trapping Techniques
本研究通过纳米锥纹理和嵌入锗纳米颗粒的复合光捕获技术，在碲化镉薄膜太阳能电池中实现了宽带吸收，显著提升了短路电流密度和功率转换效率。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Post-deposition annealing and interfacial ALD buffer layers of Sb$_2$Se$_3$/CdS stacks for reduced interface recombination and increased open-circuit voltages
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学与技术研究所）；Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；National Centre for Nano Fabrication and Characterization（国家纳米制造与表征中心）
通过退火处理和ALD缓冲层降低Sb₂Se₃/CdS叠层界面复合，提高开路电压至485 mV，但短路电流限制效率。
2022-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing solar cell efficiency of AlxIn1-xN/Si heterojunctions using an a-Si buffer: A study of material, interface and device properties
University of Alcalá（阿尔卡拉大学）；Instituto de Óptica Daza de Valdés, CSIC（达萨德巴尔德斯光学研究所，西班牙国家研究委员会）；Universidad de Cádiz（加的斯大学）；Université Côte d'Azur（蔚蓝海岸大学）
本研究通过非晶硅缓冲层优化AlInN/Si异质结太阳能电池性能，发现22%Al含量时效率最高，但超过36%时性能下降。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charged grain boundaries reduce the open circuit voltage of polycrystalline solar cells--An analytical description
本文给出了具有高缺陷密度正电荷柱状晶界的$pn^+$结的暗电流-电压关系$J(V)$的解析表达式。这些表达式适用于具有足够高的体空穴迁移率的非耗尽晶粒。通过与数值模拟的直接比较，验证了公式的准确性。数值模拟进一步表明，黑暗的$J(V)$可以用来确定开路电位$V_{\rm oc}$的照明结对于给定的短路电流密度$J_{\rm sc}$。提供了晶界性质和$V_{\rm oc}$之间的精确关系，推进了对薄膜多晶光致发光材料如CdTe和$\mathrm{Cu(In,Ga)Se_2}$的效率的晶界的影响的理解。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
The Evolution of Alq3 Films Exposure to Air
在活性层和电极之间插入薄的三-（8-羟基喹啉）铝（Alq 3）缓冲层代替浴铜灵（BCP），小分子太阳能电池变得更稳定。在这项工作中，我们介绍了一个单层器件（ITO /Alq 3/ Au）暴露在空气中，研究Alq 3在有机太阳能电池中的作用。8-羟基喹啉（8-Hq）是Alq 3通过化学反应的降解产物，其大的PL强度和不可检测的拉曼峰表明Alq 3即使在几百小时的暴露后降解也不严重。因此，与BCP相比，Alq 3缓冲层对活性层提供了良好的保护以防止氧\water渗透。然而，少量的Alq 3降解产物可以提高单层Alq 3器件的电流密度（15 h后），这反映在并联电阻Rp的降低上。因此，由于增强的电荷传输和对环境氧/水的长期更好的保护，具有Alq 3缓冲层的小分子太阳能电池的寿命得到改善。
2017-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant oscillator strength in the band-edge light absorption of zincblende, chalcopyrite and kesterite solar cell materials
在半导体太阳能电池吸收体中，带边区域附近的高吸收系数（α）对于最大化光电流的产生和收集至关重要。然而，尽管带边吸收特性的重要性，带边光学跃迁的定量分析尚未进行。在这项研究中，我们实现了系统的密度泛函理论（DFT）计算，重点是七个实用的太阳能电池吸收剂（GaAs，InP，CdTe，CuInSe 2，CuGaSe 2，Cu2ZnSnSe 4，和Cu2ZnSnS 4）的锌矾，黄铜矿和锌黄铜矿结构的带边振荡强度。我们发现所有这些晶体都在带隙区附近表现出巨振子强度，揭示了带隙区的α被反常的高振子强度显著增强的事实。然而，在高能光跃迁中，振子强度急剧降低，吸收特性主要由联合态密度贡献决定。基于密度泛函理论的结果，我们证明了带边巨振子强度来源于独特的四面体成键结构，而组成原子的影响可以忽略不计。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative determination of optical and recombination losses in thin-film photovoltaic devices based on external quantum efficiency analysis
在开发具有高效率的光伏器件时，载流子损耗的定量测定是至关重要的。然而，在传统的太阳能电池表征技术中，不能容易地评估源自光吸收器内的寄生光吸收和载流子复合的光电流减少。在这里，我们开发了一个通用的分析方案，在亚微米织构太阳能电池的光学和复合损耗进行了系统的评估，从外部量子效率（EQE）光谱。在该方法中，首先通过在吸收光谱计算中引入抗反射条件来推导太阳能电池中的光吸收，然后通过考虑从吸收层界面开始的载流子收集长度来模拟从光吸收层中的载流子提取。我们的分析方法适用于各种各样的光伏器件，包括锌黄锡矿太阳能电池[Cu2ZnSnSe4，Cu2ZnSnS4和Cu2ZnSn（S，Se）4]，锌碲镉太阳能电池，和混合钙钛矿（CH3NH3PbI3）太阳能电池，并提供了良好的拟合许多EQE光谱之前报道。基于我们的EQE分析结果，我们讨论了寄生吸收和载流子复合在不同类型的太阳能电池的影响。
2016-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Strong Performance Enhancement in Lead-Halide Perovskite Solar Cells through Rapid, Atmospheric Deposition of n-type Buffer Layer Oxides
在卤化铅钙钛矿器件堆叠上生长的薄（约10纳米）氧化物缓冲层对于保护钙钛矿免受机械和环境损坏至关重要。然而，有限的钙钛矿稳定性限制了可用于沉积氧化物覆盖层的处理方法和温度（<=110 ℃），后者限制了可实现的氧化物的电子性质。在这项工作中，我们证明了现有方法的替代方案，可以在不真空的情况下在<1分钟内生长具有所需厚度的无针孔TiOx（x = 2.00+/-0.05）膜。该技术是大气压化学气相沉积（AP-CVD）。快速但柔软的沉积使得>=180 °C的生长温度能够用于涂覆钙钛矿。这比目前的方法高出>=70 °C，并导致更导电的TiOx膜，将太阳能电池效率提高> 2%。同样地，当AP-CVD SnOx（x ~ 2）在钙钛矿上生长时，对下面的钙钛矿也有最小的损伤。SnOx层是无针孔和保形的，这减少了器件中的分流，并将稳态效率从16.5%（无SnOx）提高到19.4%（60 nm SnOx），填充因子达到84%。这项工作表明，AP-CVD是一种在热敏材料上生长氧化物的通用技术。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid III-V/SiGe solar cells on Si substrates and porous Si substrates
采用在硅衬底上生长的IV族反向缓冲层和亚表面多孔层，研制了一种GaAsP/SiGe串联太阳电池。反向缓冲层有利于减少在有限的厚度的穿透位错密度，但容易出现裂纹，如在常规的Si衬底上生长的先前的设计中观察到的。在这种新的设计中，多孔硅层已被纳入接近基板表面。该层的延展性有助于抑制裂纹的传播，减少低分流电阻的问题，从而提高太阳能电池的性能。这种新架构的第一批成果在这里介绍。
2022-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficiency Enhancement in Organic Solar Cells by Incorporating Silica-coated Gold Nanorods at the Buffer/Active interface
通过在空穴传输层和有源层之间的界面处引入二氧化硅包覆的金纳米棒（Au@SiO2 NRs），由于等离子体效应，可以极大地改善有机太阳能电池（OSC）的性能。二氧化硅壳层阻碍了金纳米棒在乙醇溶液中的聚集效应以及金纳米棒表面的严重电荷复合，否则当在与活性材料接触的位置掺入金纳米棒时，会导致开路电压的严重降低。结果，在保持高开路电压的同时，优化的等离子体激元OSC具有增加的短路电流，并且相应地具有提高的功率转换效率，增强因子为~ 11%。通过形态学、电学、光学等表征，结合理论模拟，系统分析了Au@SiO2纳米棒提高OSC性能的原因。研究发现，吸收的宽带增强是导致短路电流密度增加的主要原因，而吸收的宽带增强又导致了有源层激子产生的宽带增强。模拟结果表明，单个NR的横向和纵向表面等离子体共振的激发以及它们的相互耦合可以在NR附近产生强电场，从而改善有源层中激子的产生分布。在空穴传输层和活性层之间的界面处并入Au@SiO2 NR也改善了OSC中的空穴提取。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells
缺陷容限与结构稳定性之间的不相容性是阻碍高效太阳能电池广泛应用的严重问题。通常，以Si/CdTe晶体为原型的共价/极性半导体由于其复杂的四面体结构单元而表现出很好的结构稳定性，但由于组成元素的相似电负性而表现出极差的缺陷容限。相反，离子半导体，如钙钛矿系列，总是表现出良性的电子性质的本征缺陷，由于阴离子和阳离子之间的电负性的巨大差距，但结构不稳定，因为稀疏组成的八面体构建块由大阳离子支撑。结合共价半导体的稳定骨架和离子化合物的良性缺陷，我们发现HgX_2S_4（X=In，Sc，Y）尖晶石半导体兼具这两种优点。四面体和八面体紧密结合保证了结构的稳定性，而Hg-6s和S-3 p轨道分别主导导带最低（CBM）和价带最高（VBM）的带边离子特征使HgX 2S 4具有缺陷容忍性. Hg-6s球轨道的空间扩展引起的CBM的显著向下弯曲不仅诱导了合适的光学带隙（在离子化合物中通常过大），而且促进了n型载流子的形成和输运。研究表明，Hg基硫属尖晶石是一种很有前途的高效太阳能电池材料，在尖晶石晶体骨架下引入离域轨道的阳离子是合成稳定、耐缺陷光伏材料的另一种途径。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Solar Superabsorption of Semiconductor Materials
我们从理论上证明了给定材料（例如Si，a-Si，CdTe）完全吸收带隙以上的太阳辐射的基本体积限制，我们称之为太阳能超吸收极限。指出了实验设计光阱结构以接近超吸收的一般原则。本研究建立在一个直观的模型，耦合漏模理论（CLMT），在纳米结构的光吸收的分析。CLMT提供了一个有用的变量转换。与现有的依赖于物理特征（例如形态、维度）的信息来分析光吸收的方法不同，CLMT可以仅用泄漏模式的辐射损耗和谐振波长这两个变量来评估给定材料中的光吸收，而不管材料的物理特征。这种转换允许测量整个可变空间，以找出太阳能超吸收，并提供物理见解，以指导太阳能超吸收结构的设计。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effect of different buffer layers on the quality of InGaN layers grown on Si
本文研究了四种不同类型的缓冲层对生长在Si（111）衬底上的InGaN层的结构和光学性质的影响及其与电学特性的关系。分析了n型InGaN/缓冲层/p型Si异质结构的垂直导电性，In含量接近46%，理论上产生了能带的排列。首次将自由基束辐照液滴消除法成功地应用于在Si衬底上生长高质量InGaN薄膜。在几种缓冲层选择中，厚度大于24 nm的AlN缓冲层改善了InGaN外延层的结构和光学质量，同时保持了顶部到底部的欧姆行为。这些结果将允许制造双结InGaN/Si太阳能电池，而不需要两个子电池之间的隧道结，因此简化了器件设计。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical barriers and their elimination by tuning (Zn,Mg)O composition in Cu(In,Ga)S2: Systematic approach to achieve over 14% power conversion efficiency
传统的CdS缓冲层在无硒Cu（In，Ga）S2太阳能电池中由于在Cu（In，Ga）S2/CdS界面处的负导带偏移而导致开路电压降低。减少这种损失需要用替代缓冲层代替CdS。然而，替代缓冲层可能会在器件中引入电势垒，这是由于在其他界面处（例如缓冲层/ZnO i层之间）的不利能带对准。本研究的目的是减少界面复合和消除电势垒的Cu（In，Ga）S2太阳能电池使用的Zn 1-xMgxO和Al掺杂的Zn 1-xMgxO缓冲和i层的组合，分别使用原子层沉积和磁控溅射沉积。用这些层制备的器件的特征在于通过电流-电压和光致发光测量。数值模拟进行理解的电势垒上的器件特性的影响。确定了Zn 1 xMgxOx = 0.27的最佳组合物，用于与带隙为~1.6 eV的Cu（In，Ga）S2进行合适的导带对准，抑制界面复合并避免势垒。优化的缓冲剂组合物与合适的i层一起导致具有14%效率和943 mV开路电压的器件。用ZnO和Al：（Zn，Mg）O制备的器件的光电测量的比较表明，对于高效率器件，用Al：（Zn，Mg）O i层代替ZnO i层是必要的。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical transitions in hybrid perovskite solar cells: Ellipsometry, density functional theory, and quantum efficiency analyses for CH3NH3PbI3
我们报告无伪品CH 3 NH3 PbI 3的光学常数从超光滑的钙钛矿层中提取无空气暴露，并分配所有的光学跃迁在可见光/紫外区域明确的基础上密度泛函理论（DFT）分析，假设一个简单的伪立方晶体结构。从超光滑CH 3 NH3 PbI 3层的自洽椭圆偏振光谱分析，我们发现，CH 3 NH3 PbI 3的吸收系数（α = 3.8 × 10^4 cm-1，在2.0 eV）与CuInGaSe 2和CdTe的吸收系数相当，和高的α值在早期的研究中报道的严重高估了广泛的表面粗糙度的CH 3 NH3 PbI 3层。极化相关的DFT计算表明，CH 3 NH3+强烈的相互作用与PbI 3-笼，修改CH 3 NH3 PbI 3在可见光区的介电函数，而显着。当在DFT计算中消除CH_3 NH_3 ~+对光学跃迁的影响时，由DFT计算得到的CH_3 NH_3 PbI_3的介电函数与实验结果吻合得很好。结果表明，CH 3 NH3 PbI 3在E0（Eg）= 1.61eV，E1 = 2.53eV，E2 = 3.24eV处的光学跃迁分别归因于赝立方布里渊区R，M，X点的直接电光型跃迁.我们进一步进行量子效率（QE）分析的标准混合钙钛矿太阳能电池纳入介孔TiO 2层，并证明QE光谱几乎可以完美地再现时，修订CH 3 NH 3 PbI 3的光学常数。深度分辨的QE模拟证实，Jsc是有限的材料的较长波长响应，并表明在混合…
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Impact of metastable defect structures on carrier recombination in solar cells
太阳能电池的效率通常受限于由光伏（PV）半导体的带隙内的缺陷态介导的电子-空穴复合。Shockley-Read-Hall（SRH）模型考虑了一个可以连续捕获电子和空穴的静态陷阱。然而，在现实中，真正的陷阱能级随缺陷电荷状态和局部结构而变化。在这里，我们考虑的亚稳态结构配置捕获电子和空穴的作用，碲间隙作为一个说明性的例子。考虑到缺陷动力学，和破环，改变了定性行为，并激活了新的载体捕获途径。我们的研究结果揭示了亚稳态缺陷结构在非辐射复合中的潜在重要性，特别是对于具有非谐/离子-共价键合、多元组合物、低晶体对称性或高流动性缺陷的半导体。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spatially resolved photoluminescence analysis of Se passivation and defect formation in CdSe$_{x}$Te$_{1-x}$ thin films
本研究通过空间分辨光致发光分析CdSeₓTe₁₋ₓ薄膜，证实Se可钝化晶界并协同Cl提升辐射效率，但也会促进晶粒内部发光缺陷形成，可能限制电池最高效率。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Protecting and Enhancing the Photoelectrocatalytic Nitrogen Reduction to Ammonia Performance of InGaN Nanowires using Mo2C Nanosheets and GaN Buffer Layer
光电催化（PEC）将N2还原为氨（NH3）正成为克服标准Haber-Bosch方法的潜在替代方案。在这篇文章中，利用碳化钼（Mo 2C）助催化剂辅助的氮化铟氮化镓（InGaN）纳米线证明了太阳能N2还原。简要阐述了Mo_2C对InGaN纳米线暗电流的抑制作用以及在光照下的饱和电流。在-0.2V（相对于可逆氢电极）下，Mo_2C/GAN/InGaN异质结实现了7.2gh ~（-1）cm ~（-2）的大量NH_3产生，法拉第效率高达12.6%。值得注意的是，所提出的异质结构还证实了在长期计时电流分析中具有优异的选择性的优异的稳定性和再现性。此外，GAN缓冲层之间的Mo 2C和InGaN纳米线的掺入进行了深入的研究。从密度泛函理论（DFT）分析，GAN缓冲层的并入有助于光生载流子从InGaN转移到Mo 2C助催化剂的合适的带边位置，并且Mo 2C的独特3d轨道高度适合于保持N2以有效地还原成NH3。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Cd diffusion on the electrical properties of the Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cell
基于Cu（In，Ga）Se 2（CIGSe）的太阳能电池是用于高效太阳光收集的有希望的候选者。然而，它们的复杂组成和微观结构可能在操作条件下发生变化，例如来自太阳光照射的加热可能导致性能下降。在这里，我们研究了一组CIGSe基太阳能电池中的热致退化过程，这些电池在150 C和300 C之间的温度下退火。使用相关原子探针层析成像（APT）/透射电子显微镜（TEM），我们发现缓冲层-吸收层界面不是尖锐的，而是由界面区（2 - 6.5 nm宽）组成，其中出现属于CdS缓冲层和CIGSe吸收层的组成元素的梯度。当界面处Ga/（Ga+In）比值较低时，CIGSe中Cd的短程内扩散增强.这可能表明Ga空位的存在作为CIGSe层内部的Cd内扩散的沟道缺陷，导致掩埋的pn同质结。我们的证据表明，相当数量的镉被发现内的CIGSe层在退火温度高于150 ℃。结合C-V测量的CIGSe层内部的元素再分布的进一步研究支持在p型CIGSe内部深处形成CdCu施主样缺陷，其导致CIGSe层的强补偿，并因此导致在高于200 ℃的退火温度下电池效率的强烈劣化。因此，理解Cu（In，Ga）Se 2（CIGSe）基太阳能电池中的退化过程为进一步改善长期器件性能开辟了新的机会。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Near surface defects: Cause of deficit between internal and external open-circuit voltage in solar cells
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）
本文研究了铜铟二硒ide太阳能电池中近表面缺陷导致内部与外部开路电压差异的原因，通过实验和模拟揭示了界面复合机制。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of the AlN interlayer thickness on the photovoltaic properties of In-rich AlInN on Si heterojunctions deposited by RF sputtering
研究了AlN中间层厚度（0-15 nm）对射频溅射制备的Al_（0.37）In_（0.63）N/Si异质结太阳电池光伏性能的影响。差的结带对准和界面处2-3 nm厚的非晶层的存在减轻了通过在p-Si（111）上直接沉积n-AlInN制造的器件中的响应。添加4 nm厚的AlN缓冲层可以提高AlInN的结晶质量和界面对准性，从而使器件在1个太阳的AM1.5G照明下的转换效率达到1.5%。对于较厚的缓冲层，由于通过AlN的隧道传输效率低下，性能降低。这些结果证明了利用射频溅射沉积的富In AlInN合金作为Si异质结太阳能电池的新型电子选择性接触的可行性。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Comprehensive Computational Photovoltaic Study of Lead-free Inorganic NaSnCl$_3$-based Perovskite Solar Cell: Effect of Charge Transport Layers and Material Parameters
本研究利用SCAPS-1D模拟器全面分析了基于无铅NaSnCl$_3$的钙钛矿太阳能电池，筛选了多种ETL与HTL组合并优化了材料及器件参数，发现SnS$_2$为ETL、MoTe$_2$为HTL时器件效率最高达38.42%，为高效无铅太阳能电池的制备提供了重要指导。
2025-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Reduced Recombination via Tunable Surface Fields in Perovskite Solar Cells
通过钝化或表面场工程来减少半导体表面处的能量损失的能力已经成为制造高效光伏（PV）和光电子器件的重要步骤。类似地，具有准2D异质结构的新兴卤化物钙钛矿的表面改性现在普遍存在，以实现PV功率转换效率（PCE）> 22%，并且已经使得单结PV器件达到25.7%，但是通常仍然缺乏对这些处理如何起作用的基本理解。由于目前没有具体的选择和设计规则，这就为最大限度地提高效益造成了瓶颈。在这里，我们揭示了在钙钛矿PV器件中发现的一种新型可调钝化策略和机制，该器件是第一个达到> 25%PCE里程碑的器件，这是通过用溴化己基铵（HABr）对大块钙钛矿层进行表面处理实现的。我们揭示了同时形成的碘化物丰富的二维层随着Br卤化物梯度实现通过部分卤化物交换，从缺陷的表面和晶界延伸到体层。我们演示和直接可视化的二维层厚度，卤化物梯度，和能带结构的可调性使用一个独特的组合的深度敏感的纳米级表征技术。我们表明，这种界面的优化可以延长载流子寿命的值> 30 μs，这是最长的值报告的直接带隙半导体（GaAs，InP，CdTe）在过去的50年。重要的是，这项工作揭示了一种全新的策略和旋钮，用于优化和调整半导体界面处的复合和电荷传输，并可能在实现下一组钙钛矿器件性能记录方面建立新的前沿。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photovoltaic Possibility of Cu2SiSe3 and Cu2SnS3 Ternary Chalcogenides- Single Junction to Tandem Architecture
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦理工学院）
研究通过漂移扩散模型评估了Cu₂SiSe₃和Cu₂SnS₃二元硫化物作为光伏吸收层的可行性，发现叠层结构效率达24.1%，优于单结器件。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Micro-crystal GaAs array sub-cells for Si tandem solar cells
GeePs, Group of Electrical Engineering Paris, CNRS, CentraleSupelec, Université Paris-Saclay, Sorbonne Université（巴黎电气工程集团，法国国家科学研究中心，中央苏佩莱克学院，巴黎萨克雷大学，索邦大学）；C2N, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学与工程中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；SILVACO Technology Centre
本研究通过二维光学与电学数值建模，分析外延横向过生长 AlxGaAs/GaAs 微晶阵列与 Si 构成的两端叠层太阳能电池，提出兼顾光捕获、界面输运和缺陷规避的设计规则。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Superstrate structured Sb$_2$S$_3$ thin-film solar cells by magnetron sputtering of Sb and post-sulfurization
本文通过射频磁控溅射金属锑和后硫化法制备了半透明Sb$_2$S$_3$薄膜太阳能电池，优化吸收层厚度至100 nm，实现了2.76%的功率转换效率，适用于室内和建筑集成光伏应用。
2025-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Origin of interface limitation in CuInS$_2$ based solar cells
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB)（柏林亥姆霍兹材料与能源中心有限公司）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）
研究发现CuInS₂太阳能电池中界面限制主要由近界面缺陷引起，而非不利的能级对齐或费米能级钉扎。
2021-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Passivating Surface Defects and Reducing Interface Recombination in CuInS2 Solar Cells by a Facile Solution Treatment
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学与技术研究所）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（柏林亥姆霍兹材料与能源中心有限公司）
通过简便的硫基溶液处理钝化CuInS2太阳能电池界面缺陷，提升开路电压和减少界面复合。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analysis of efficiency limiting processes in thin film Cu(In,Ga)(S,Se)2 electrodeposited solar cells
电沉积薄膜电池的效率达到创纪录的11.4%。本报告探讨了转换机制的细胞，重点是CdS缓冲层的影响，使用一系列的补充工具。暗电流（IV）很好地描述了串联和并联电阻，和两个主要的复合机制，并联二极管代表。IV作为温度的函数（IVT）的测量允许提取对应于这些过程的活化能，并指示其空间位置。导纳谱（AS）给出了一个独立的估计相同的能量，并产生值的缺陷密度的状态在禁带中。两个主要水平是明显的，证实了第四分析的有效性。光谱响应（QE）的测量，产生少数载流子收集效率的信息。参数提取的不同方法的相关性，并表示一些数百毫电子伏以上的价带和导带以下的复合水平。偏置依赖的导纳谱给出的缺陷中心的本地化与一个缺陷位于CdS异质界面和其他在大部分的耗尽区的指示。暗电流分析表明，光生少数载流子收集是这些电池在工作偏压的限制因素。
2010-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impermeable Inorganic Walls Sandwiching Photoactive Layer toward Inverted Perovskite Solar and Indoor-Photovoltaic Devices
钙钛矿活性层和电荷传输层（CTL）之间的界面在卤化物-钙钛矿光致发光材料的效率和稳定性两者中起关键作用。其中一个主要的问题是，钙钛矿的表面缺陷可能会导致有害的非辐射复合和材料降解。在这项工作中，我们通过在三阳离子碘化铅钙钛矿层和两个CTL之间插入碱土金属氟化物（AF）膜来解决这个具有挑战性的问题。这种双侧无机壁策略利用了连续、均匀和紧凑的AF框架的物理阻挡和化学锚定功能：一方面，钙钛矿-AF界面均匀分布的碱碘配位有效抑制了整个钙钛矿薄膜表面和晶界碘空位缺陷的形成，从而减少了在钙钛矿-CTL界面处的陷阱辅助复合以及由此的开路电压损失;另一方面，即使在苛刻的工作条件下，不可渗透的AF缓冲层也有效地防止了在钙钛矿-CTL界面处的双向离子迁移。结果表明，低温处理的倒置平面钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）为22.02%（认证效率20.4%），开路电压赤字（< 0.4V）较低。获得了优异的操作稳定性（500 h，ISO-L-2）和热稳定性（1000 h，ISO-D-2）。同时，使用优化的装置在昏暗光源（1000勒克斯白光LED光）下获得35.7%的PCE，这是钙钛矿室内光致发光的最佳记录之一。
2020-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Design and Modeling of CdGa2Te4 and ZnGa2Te4 Chalcogenide Compound-Based Photovoltaic Devices: A DFT Study along with SCAPS-1D Simulation
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）
通过DFT和SCAPS-1D模拟研究CdGa2Te4和ZnGa2Te4硫族化合物光伏器件，优化厚度与缺陷密度，实现最高18.46%和17.35%的效率。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Photoemission study and band alignment of GaN passivation layers on GaInP heterointerface
本研究通过X射线和紫外光电子能谱分析了GaInP上GaN钝化层的能带对齐，发现其能显著减少表面态并提高PEC器件稳定性。
2023-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sodium induced beneficial effects in wide bandgap Cu(In,Ga)S2 solar cell with 15.7% efficiency
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)（巴登-符腾堡太阳能和氢能研究中心）
钠掺杂优化了宽禁带CIGS太阳能电池的结构和光电性能，使其达到15.7%的高效率。
2025-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
