硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究.docx

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1、硒化铺薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究* 曹宇 1）祝新运 1）陈翰博 2）王长刚 1）张鑫童 2）侯秉东 2） 申明仁 1）周静 2）t D（现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学）,吉林 132012） 2）（东北电力大学化学工程学院，吉林 132012） （2018 年 9 月 21日收到：2018 年 11月 1 日收到修改稿） 采用wx-AMPS模拟软件对硒化锦（SbzSo3）薄膜太阳电池进行建模仿真，将CdS,ZnO和Sn02的模型应用到SbzSe3太阳电池的电子传输层中.结果显示，应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能，并发现电子传输层电子亲和势（X

2、e-ET1.）的变化能够调节Sb2Se3太阳电池内部的电场分布， 是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的Xe-ET1.都会使电池的填充因子降低， 导致电池性能劣化.当Xe-ET1.为4.2eV时， 厚度为0.6U1.n的SbzSe3太阳电池取得了最优的7.87$的转换效率.应用优化好的器件模型，在不考虑SbzSe3层缺陷态的理想情况下，厚度为3m的SbzSe3太阳电池的转换效率可以达到16.55%（短路电流密度Jc=34.88mAcm22开路电压VC=O.59V、填充因子FF=80.40%）.以上模拟结果表明，Sb2Se3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能，具有较高的

3、应用潜力. 关键词：硒化镀，电子传输层，薄膜太阳电池，Wx-AMPS *国家自然科学基金（批准号：51772049）、吉林省科技发展计划（批准号：20170520159JH）和吉林省教育厅“十三五”科学技术研究 项目（批准号：JJKH20190705KJ）资助的课题. 十通信作者.Email: ZhoU 2018 中国物理学会 ChineSe Physical Society http:/ PACS:73.61.-r,88.40.hj,82.20.Wt DOI:10.7498aps.67.20181745 1 引言 薄膜太阳电池因其原材料消耗少、 制备工艺简单、柔性可卷曲等优势， 近年来得到了

4、越来越多的关注1.其中，铜锢钱硒薄膜太阳电池、碎化镉薄膜太阳电池已经产业化生产，钙钛矿薄膜太阳电池的实验室效率已经可以比肩晶体硅太阳电池2-4.但铜锢钱硒薄膜中锢、钱属于稀有元素，确化镉薄膜中锌元素的毒性较大，而钙钛矿薄膜的稳定性有待提高，这些都限制了薄膜太阳电池的进一步发展.因此，研发一种原材料丰富无毒、制备方法简单、稳定的吸光层薄膜材料成为了发展薄膜太阳电池的重点. 硒化锦（SbzSe3）薄膜是一种光电性能优异的吸光层材料，材料当中的睇元素和硒元素地壳储备丰富、绿色低毒.SbzSeg为一维带状结构的直接带隙半导体材料，光学带隙约为1.1.eV15,6）.目前，$62063薄膜已采用旋涂技术

5、7,8、磁控溅射技术9,101、连续离子层吸附与反应技术11、高真空蒸发技术12、快速热蒸发技术13-17等方法制备，将其应用于太阳电池吸光层可以获得高于20%的理论转换效率， 极具发展潜力18.在SbzSeg电池的结构优化中，多种薄膜材料被应用到电子传输层中.2017年，Tang课题组15将氧化锌（ZnO）电子传输层引入到SbzSe3太阳电池中，发现Zno电子传输层的生长取向对器件性能会产生很大影响，并以透明导电薄膜ZnOSbzSe3Au的器件结构获得了6%的转换效率.Chen等16以同样的器件结构，将二氧化钛作为电子传输层，获得了转换效率为5.6%的SbzSeg太阳电池.2018年，1.U

6、等177将二氧化锡（SnO2）电子传输层也应用到了Sb2Se3太阳电池中，但所得的开路电压（VOC）和填充因子(C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.A1.1.rightsreserved,http:/表 1SbzSeg太阳电池的材料参数 Tab1.e1.Materia1.parametersoftheSbzSegso1.arce1.1.s. 参数 Cds22 ZnO22 Sn02123 Sb2Seg24-26 介电常数 10 9 9 18 电子亲和势/eV 4.2 4.4 4.5 4.15 电子迁移率/cm2,

7、y-1.S- 100 10 100 15 空穴迁移率/cm1.V-1.sT 25 2.5 25 5.1 受主掺杂浓度/cm3 0 0 1X1013 施主掺杂浓度cm-3 1X1018 1X1018 1X1018 0 禁带宽度/eV 2.4 3.3 3.6 1.1 导带有效状态密度cm-3 2.2X1018 2.2X1018 2.2X1018 4.8X1018 价带有效状态密度cm-3 1.8X1019 1.8X1019 1.8 1019 4.8X1018 (FF)均较小，只获得了 3.05%的转换效率；同年， WCn等19 在改进 Sb2Se3薄膜制备工艺的基础上， 采用硫化镉(CdS)作为电

8、子传输层，获得了 7. 6% 的认证效率，为迄今认证的最高转换效率.从上述 研究结果中可以看出，Sb2Se3 薄膜太阳电池电子传 输层有很多选择，哪种电子传输层更适合于 Sb2Se3 电池还有待考量.此外，目前对 SbZSe3 薄膜太阳电 池的研究多集中在实验方面，在建模仿真方面的 研究还较少.基于此，本文采用太阳电池模拟软件 WX- AMPS 对 Sb2 S/薄膜太阳电池进行建模仿真， 分析了不同电子传输层 SbzSeg 太阳电池的器件性 能，重点研究了电子传输层的电子亲和势(X1.ETL) 对电池的影响，最后提出了进一步提高SbZSe3 太 阳电池转换效率的技术路线. 2器件结构与模拟参数

9、 本文采用的 WX-AMPS 模拟软件是一维微电与 光电器件模拟软件 AMPSTD 的升级版本，该软件 通过求解泊松方程和电子空穴连续性方程获得太 阳电池的特性参数.运行软件计算所建立的器件模 型后，不仅能够获得太阳电池的电流-电压(JT) 曲线和量子效率曲线，还可以得到能带、电场、空 穴浓度、电子浓度、载流子产生率和截流子复合 率等在电池内部的分布情况，是从理论上深入研 究太阳电池光电特性的有力工具20, 21.本文采用 SbzSe3 太阳电池结构为透明导电薄膜/电子传输 层/SbzSe3 吸光层/金属电极.如图 1 所示，透明导 电薄膜选用 FTO 薄膜、电子传输层选用 CdS 薄膜、 Z

10、no 薄膜和 Sn02 薄膜三种,厚度固定在 20 nm.电 极采用金(AU)电极.Sb2Se3 太阳电池各功能层的能带图如图 2 所示.根据 WCn 等19对 SbzSca 薄膜 的深能级瞬态谱测试确定了材料的缺陷态信息， 使 模型的光电性能更接近实际器件.模拟中采用的材 料参数如表 1 所列22-261. 图 2Sb2Se3 太阳电池各功能层的能带图 Fig.2. Schematic energy-1.evel diagram of each func-tional layers in Sb2Se3 solar cell. 图 1SbzSe3 太阳电池的结构示意图 -4.4eV Fig.1

11、 .Schematic of the Sb2Se3 so1.ar cell structure. 4.15eV _ 物理学报 AC1.aPhys.Sin. Voi.67,No.24(2018)247301 (C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.Arightsreserved.http:/kinet3 模拟结果与讨论 3.1 不同电子传输层的应用 三种具有不同电子传输层 Sb2S3 薄膜太阳电池的 JT 曲线如图 3(a)所示.根据曲线计算出的性能参数总结在表 2 中，电池厚度为 0.6u.其中具有 SnO2电子

12、传输层的 SbzSeg 太阳电池的 V。 C 和短路电流密度(JSC)都较高，但由于 FF 最低，只有 52.04 以使其得到了最低的 6.62%的转换效率.应用 CdS 作为电子传输层的SbzSea太阳电池， 虽然VoC和JSC略低， 但FF(61.55%)是最高的，可以得到 7.35%的转换效率.而当 ZnO 作为电子传输层时， Sb2Se3 太阳电池的各项性能都能保持在较高水平，获得了最高的 7.48%的转换效率.图 3(b)为不同电子传输层 Sb2Sc3 太阳电池的量子效率图.如图3(b)所示，三个电池的长波晌应很相近，短波响应则有所不同，其中应用 CdS 的 SbzSe3 太阳电池的

13、短波响应最低，这是因为 CdS 的带隙最窄，造成 电子传输层会吸收较多的短波光子， 这些光子无法形成电流，因此使得电池的短波响应降低.这种现象在实验中也得到了印证，Tang 课题组19所制备的具有 CdS电子传输层的 SbzSe3 太阳电池， 其 450nm 处只有约 60%的光谱响应.而使用 Sn02 和 ZnO 作为电子传输层， 电池在 450nm 处均可以获得约 75%的光谱响应15,17. 表2不同电子传输层Sb2Se3太阳电池的性能参数Tab1.e2.Photovo1.taicperformanceofSbzSegso1.arce1.1.swithdifferente1.ectron

14、transport1.ayers. 电子传输层VoC/VJsc/mAcm-2FF%转换效率/% CdS 0.47 25.28 61.55 7.35 ZnO 0.47 25.91 61.21 7.48 Sn02 0.49 25.75 52.04 6.62 3.2 XeET1.对器件性能的影响 以 ZnO 模型为基础，改变 Xe-ET1.从 3.8CV 提高到 4.8eV,以研究电子传输层不同能带结构对 Sb2Se3 太阳电池的影响.不同 Xe-ET1.的 Sb2Se3 太阳电池的能带结构如图 4(a)所示.由于 FTO 的功函数不变，这使得SbzSea 太阳电池电子传输层的能带在 XeYT1.低

15、于4.4eV 时向上弯曲，而在 Xe-ET1.高于 4.4eV 时向下弯曲.同时,Xe-ET1.的变化也会影响 SbzSe3层的能带结构，X6EI1.越高，Sb2Se3层能带的变化就越平缓.图 4(b)所示为不同 Xe-ET1.的 SbzSeg 层的载流子复合率分布.对于 SbzSe3 层前端，当 Xe-ET1.为 3.8eV 时，复合率较高， 随着 Xe-ET1.的增加， 复合率逐渐下降， 而当 Xe-ET1.提高至J4.8eV 时，复合率又大幅增加.对于 SbzSea层后端， 当 XeET1.高于 4.6eV 时， 其复合率随之上升. 图4(c)为不同Xe-ET1.的Sb?Seg太阳电池的

16、电场 电压 zb。图3不同电子传输层Sb2Se3太阳电池的(a)JT特性和量子效率 Fig.3. The(a)J-V characteristic and(b)quantum efficiency of Sb2 Seg so1.ar cells with different electron transport layers. W%却 分布图.我们发现，当 Xe-ET1.较低时，会在电子传输层和 SbzSe3 吸光层的界面处产生一定的势垒，而当*69大于 4.4eV 后，势垒会消失，但同时在电子传输层产生了一个相反的电场.从图 4(d)所示不同 Xe-ET1.的SbZSe3 太阳电池的自由电子

17、浓度分布可以看出，低Xe-ET1.产生的势垒会阻碍光生载流子的传输，在界面处形成自由电子的堆积，而 Xe-ET1.越低，界面处堆积的自由电子就越多， 导致其复合增多， 因此随着 X。 -ET1.由 4.4eV 降低到 3.8eV,S1.Se3 层前端的载流子复合率随之提高.(C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.A1.1.rightsreserved,kinet 图 4(e)为不同 Xe-ET1.KSb2Sc3 太阳电池的量子效率图谱.从图 4(e)可以看出，在 Xe-ETZ 低于 4.4eV的情况下，SbZSe

18、3 太阳电池的量子效率图谱很相近，说明 JSC 也相近， 并且都在短波处的响应有一定的“凹陷”.而当 Xe-ET1.提高到 4.6eV 以上时，量子效率图谱的短波响应有所提高， “凹陷”的形状消失， 但总体响应会随之降低.由于短波光子主要在 SbZSea 层前端被吸收， 所以它和该部分的复合率的变化基本一致， 对于长波部分，当 Xe-ET1.较低时，电池的光谱响应变化不大，而当 Xe-ET1.高于 4.6eV 时，电池的光谱响应开213019 101010 -1 - 4.4eV - 4.6eV - 4.8eV SbaSe3层 - 1.ws3皿 波长nm 图 4 不同 Xe-ET1.的 Sb2S

19、eg太阳电池的(a)能带图、(b)载流子曳合率分布、(C)电场分布、(d)自由电子浓度分布、(e)量子效率和(f)JT特性 Fig.4.(a)Energybandstructure,(b)carrierrecombinationratedistribution,(c)e1.ectricfie1.ddistribution,(d)freee1.ectronsconcentrationdistribution,(e)quantumefficiency,(f)J-VcharacteristicofSb2Se3so1.arce1.1.swithdifferentXe-ETU 1008060如20e-*

20、图 始下降，对应着电池中后部分的复合率的大幅增加.根据这一系列 SbzSeg 太阳电池的能带图可知，Xe-ET1.越高 SbzSe3 层的能带越平缓，这就使得加在 SbzSe3吸光层的内建电场变小， 许多光生载流子没有得到足够的驱动力到达电池两极就在 SbZSea 层的缺陷处复合，导致电池长波响应的下降. 不同 xe-ET1.的 Sb2Se3 太阳电池的 J-V 特性如 _ 物理学ActaPhyS.Sin.Vo1.67,No.24(2018)247301 (C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.A1.1.righ

21、tsreserved,http:/ 图 4(f)所示，详细的电池性能参数列于表 3.由表 3 可知，电子传输层的能带位置对电池性能影响很大，随着Xe-ET1.由3.8eV提高到4.2eV,电池效率先由4.65%提高到 7.87%,接着再继续提高 Xe-ET1.到 4.8eV,转换效率会迅速下降至 2.1 会.对比电池参数发现，转换效率的改变主要是由 FF 的变化所引起的.在 XeET1.为3.8eV 时，FF 的降低主要是由于串联电阻的增加引起的.这是由于较低的 Xe-ET1.在电子传输层/SbzSe3 层界面处产生的势垒是一种高阻层，导致了串联电阻的增加127.而当 Xe-ET1.高于 4.

22、6eV 时，FF 的降低则是由串联电阻和并联电阻共同影响的.首先较高的Xe-ET1.会在电子传输层形成反向电场，导致载流子堆积在透明导电膜与电子传输层的界面，这会阻碍载流子的输运， 使得串联电阻增加， 与此同时， 由于 SbZSC3层电场的减弱导致复合增多，也在一定程度上降低了并联电阻，这两种因素共同作用使得 FF 降低.因此Xe-ET1.过高或者过低都会导致 SbzSe3 太阳电池的性能劣化，要想使电池保持较高的器件性能，4.OeV 到4.4eV 之间是 Xe-ET1.的一个合适的范围. 表3不同Xe-ET1.的Sb2Se3太阳电池的性能参数Tab1.e3.Photovo1.taicperf

23、ormanceoftheSbzSe3so1.arce1.1.sW汕dierentXe-ET1. 3.3Sb2Seg太阳电池性能的优化 根据上述模拟结果， 当 SbzSe3 太阳电池的 Xe-ET1.在 4.2eV 左右，电池可以达到最好 7.87%的效率.基于模型参数， 要想进一步优化电池性能， 关键在于 SbZSe3层缺陷的有效抑制.将 SbzSe3 层的缺陷态去除后，电池的 J-V 曲线如图 5 所示.对比含有缺陷态的电池结果，发现电池的 V。C 由 0.48V 增加到了 0.57V,而 FF 由62.84%增加到了 78.68%,使得电池效率显著提高至J12.15%.说明缺陷态的抑制，可

24、以有效减少光生载流子在 SbzS3 吸光层的复合，使电池的漏电流降低261.因此，优化 SbzSe3 吸光层的薄膜质量，是未来提高 Sb2Se3 薄膜电池转换效率的有效途径. 30 25D20 窗15 J1050 图5有缺陷态和无缺陷态Sb2Seg太阳电池的JT曲线Fig.5,J-VcharacteristicsofSb2Segso1.arce1.1.swithandwithoutdefectstates. 图 6 为不同厚度下有缺陷态和无缺陷态 SbzSe3太阳电池的转换效率.含有缺陷态的SbzSe3太阳电池，转换效率随厚度的提高呈现先增加后降低的趋势，最佳的电池厚度在 0.4m 到 0.6

25、Hn1.之间，对应的效率在 7.8%左右；继续增加厚度，则效率随之线性降低，当电池厚度增加到 3Um 时，转换效率仅剩 1.24%.说明虽然增加 SbzSe3 层厚度可以吸收更多的光子，然而SbzSe3 层的电场强度也会随之减弱， 使得 SbzSe3 层载流子复合率由于缺陷态的存在而增多，导致器件性能劣化. 图6不同厚度下有缺陷态和无缺陷态SbZSeg太阳电池的转换效率 3.8 0.45 24.96 41.33 4.65 4.0 0. 49 25. 81 62. 35 7.82 4.2 0. 48 25. 84 62. 84 7.87 4.4 0.47 25. 91 61.21 7.48 4.

26、6 0. 55 25. 13 36.08 4.96 4.8 0. 58 21. 65 17. 08 2.14 O Xe-ET1./cVVoc/V Jscmcr2 FFi 转换效率/与 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 电压 O0.5 1.0 1.6 2.0 2.5 3.0 16 28 4 Fig.6.ConversionefficiencyofSbzSe3so1.arce1.1.swithandwithoutdefectsta1.esa1.differentthickness. _ 物理学报ACtaPhys.Sin.Vo1.67,No24(2(H8)247301 (C)199

27、4-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.A1.1.rightsreserved.http:/kinct如果将SbZSeg层的缺陷态去除， 厚度的增加就不会对电池性能产生负面影响，因此电池效率就会随着厚度的增加单调递增， 而此时效率的提高基本上与JSC的提高是同步的，但当厚度超过1.8Um后效率的增加会放缓，这主要是由于绝大部分光谱能量已经吸收得较为完全，厚度的增加只能使700nm以上的长波光有小幅度的增长(图7),当电池厚度为3时， 效率可以达到16.55%(JSC=34.88mA/cm2,Voo=O.59V,FF=80.4

28、0%).SbzSe3太阳电池在简单的结构下就可以得到较高的转换效率，显示了SbzSeg太阳电池的应用潜力，但值得注意的是，这一效率距离带隙相近的晶体硅太阳电池还有一定距离，在所模拟出的SbzSe3太阳电池性能参数中，Jsc和FF都已经达到了较高的水平，而VoC还有一定的提升空间， 因此寻求提高VC的有效方法， 比如加入空穴传输层来优化器件结构是SbZSeg电池转换效率进一步提高的关键. 图 7 不 同 厚 度 下 无 缺 陷 态 SbZSeg 太 阳 电 池 的 量 子 效 率Fig.7.QuantumefficiencyofSbzSegso1.arce1.1.swith-outdefects

29、tatesatdifferentthickness. 4结论 本文应用wx-AMPS模拟软件对Sb2Se3薄膜太阳电池进行了模拟优化.首先研究了不同电子传输层模型对SbzSea太阳电池器件性能的影响.发现Xe-ET1.是决定Sb2Se3太阳电池转换效率的关键.过高或过低的Xe-ET1.都会使SbzSe3层的载流子复合率提高，导致太阳电池的填充因子降低， 进而降低其器件性能.4.0eV到4.4eV之间是Xe-ET1.的一个合适的选择范围.Xe-ET1.在此范围内的CdS和ZnO均比较适宜作为Sb2Seg太阳电池的电子传输层.其次，在优化Xe-ET1.的基础上，SbzSe3层材料质量的提高可以进一

30、步提升电池性能.在去除SbzSeg层的缺陷态的情况下，厚度为0.6m的SbzSe3太阳电池转换效率可以由7.87%显著提高到12.15%.继续增加电池厚度到3Um,转换效率可以提升至16.55%.一方面体现了SbZSe3太阳电池的应用潜力，另一方面说明优化SbZSe3层的薄膜质量是进一步提高电池性能的关键. 感谢伊利诺伊大学ROCkett教授和刘一鸣博士对WX-AMPS模拟软件的开发. 参考文献 111.eeTD,EbongAU2017Renew.Sustain.EnergyRev.701286 2 BosioA,RosaG,RomeoN2018So1.EnergyDOI:10.1016.so

31、1.ener.2018.01.018 3 BermUdeZV2017So1.Energy14685 4 YangWS,NohJH,JeonNJ,KimYC,RyuS,SeoJ,SeokS2015Science3481234 5 ChenC1.iWZhouY,ChenC,1.uoM,1.iuX,ZengK,YangB,ZhangC,HanJ,TangJ2015App1.Phys.1.ett.107043905 6 XueDJ,ShiHJ,TangJ2015ActaPhys.Sin.64088406(inChineSe)薛丁江， 石杭杰， 唐江201渤理学报64038406 7 ZhouY,1.e

32、ngM,XiaZ,ZhongJ,SongH,1.iuX,YangB,ZhangJ,ChenJ,ZhouK,HanJ,ChengY,TangJ2014Adv.EnergyMater.41301846 8 ChoiYC,Manda1.TN,YangWS,1.eeYHJmSH,NohJH,SeokS2014Angew.Chem.1261353 91YuanC,Zhang1.,1.iuW,ZhuC2016So1.Energy137256 10 1.iangGX,ZhengZH,FanP,1.uoJT,HuJG,ZhangXH,MaH1.,FanB,1.uoZK,ZhangDP2018So1.Energ

33、yMater.So1.Ce1.1.s174263 11 ZhaoB,WanZ,1.uoJ,HanF,Ma1.ikHAJiaC,1.iuX,WangR2018App1.Surf.Sci.450228 (121.iuX,XiaoX,YangY,XueDJ,1.iDB,ChenC,1.uS,Gao1.,HeYBeardMC,ChenS,TangJ2017Prog.Photovo1.tjRes.App1.25861 13ZhouY,Wang1.,ChenS,QinS,1.iuX,ChenJ,XueDJ,1.uoM,CaoY,ChengY5SargentEH,TangJ2015Nat.Photon.94

34、09 14 ShenK,OuC,HangT,ZhuH,1.iJ,1.iZ,MaiY2018So1.EnergyMater.So1.Ce1.1.s18658 15 Wang1.,1.iDB,1.iK,ChenC,DengHX,Gao1.ZhaOY,JiangF,1.i1.,HuangF,HeY,SongH,NiuG,TangJ2017NatEnergy217046 16JChenC,ZhaoY,1.uS,1.iK,1.iY,YangB,ChenW,Wang1.,1.iD,DengH,YiF,TangJ2017Adu.EnergyMater,717(X)866 _ 物理学报 ACtaPhyS.Si

35、n. VO1.67,No.24(2018)247301 (C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.ishingHouse.A1.1.rightsreserved.http:/kinet17J1.uS,ZhaoY,ChenC,ZhouY,1.iD,1.iK,ChenW,WenX,WangC,KondrotasR,1.oweN,TangJ2018 Adv.E1.cc(ron.Matcr.41700329 18PatrickCE,GiustinoF2011Adv.Funct.Mater.214663 191WenX,ChenC,1.uS,1.i

36、K,KondrotasR,ZhaoY,ChenW,Gao1.,WangC,ZhangJ,NiuG,TangJ2018Nat.Commun.92179 201.iuY,SunY.RockettA2012So1.EnergyMater.So1.Ce1.1.s98124 21XiaoYP,GaoC,WangT,Zhou1.2017ActaPhys.Sin.66158801(inChinese)哨友鹏，高超，王涛，周浪2017物理学报66158801 22YasarS,KahramanS,CetinkayaSiApaydinS,Bi1.icanI,U1.uer12016Optik1278827 23G

37、1.oeck1.erM5FahrenbruchA1.,SitesJR2003Proceed-ingsof3rdWor1.dConferenceonPhotovo1.taicEnergyConwersionOsaka,Japan,May11-18,2003p491 24 ChenC,Bobe1.aDC,YangY,1.uS,ZengK,GeC,YangB,Gao1.,ZhaoY,BeardMC,TangJ2017Front.Op-toe1.ectron.1018 25 Zhang1.,1.iY,1.iC,ChenQ,ZhenZJiangX,ZhongM,ZhangF,ZhuH2017ACSNan

38、o1112753 261.in1.Jiang1.,QiuY,FanB2018J.Phys.Chem.So1.ids12219 27 ShiJJ,WeiHY,Zhu1.F,XuX,XuYZ,1.uST,Wu HJ,1.uoYH,1.iDM,MengQB2015ActaPhys.Sin.族 酗 必inChinese)石将建，卫会云，朱立峰，许信，徐余颛，吕松涛，吴会觉，罗艳红，李冬梅，孟庆波R1.剂理学报64038402物理学报ACtaPhVS.SiHVo1.67,No.24(2018)247301 (C)1994-2022ChinaAcademicJourna1.E1.ectronicPub1.

39、ishingHouse.A1.1.rightsreserved,http:/物理学ActaPhys.Sin.Vo1.67,No.24(2O18)247301 Simu1.ationandoptima1.designofantimonyse1.enide thinfi1.mso1.arce1.1.s CaoYu1.)ZhuXin-Yun1.)ChenHan-Bo2)WangChang-Gang1.)ZhangXin-Tong2) HouBing-Dong2)ShenMing-Ren1.)ZhouJing2)t 1.)(Key1.aboratoryofModemPowerSystemSimu1.a

40、tionandContro1.&Renewab1.eEnergyTechno1.og),MinistryOfEducation (NortheastE1.ectricPowerUniversity),Ji1.in132()12,China) 2)(Schoo1.ofChemica1.Engineering,NortheasiE1.ectricPowerUniversity.Ji1.in132012.China) (Received21September2018;revisedmanuscriptreceived1November2018) Abstract Inthispaper,thewx-

41、AMPSsimu1.ationsoftwareisusedtomode1.andsimu1.atetheantimonyse1.enide(Sb2Sea)thinfi1.mso1.arce1.1.s.Threedifferente1.ectrontransport1.ayermode1.s(CdS,ZnOandSnO2)areapp1.iedtotheSbzSegso1.arce1.1.s,andtheconversionefficienciesofwhichareobtainedtobe7.35%,7.48%and6.62%respective1.y.Itcanbeseenthattheap

42、p1.icationofCdSandZnOcanachieveabetterdeviceperformance.Then,thee1.ectricaffinityofthee1.ectrontransport1.ayer(Xe-ET1.)isadjustedfrom3.8eVto4.8eVtostudytheeffectoftheenergybandstructurechangeontheso1.arce1.1.perfrmance.Theresu1.tsshowthattheconversionefficiencyoftheSb2Se3so1.arce1.1.firstincreasesan

43、d thendecreaseswiththeincreaseoftheXeET1.The1.owerxe-ET1.createsabarrierattheinterfacebetweenthee1.ectrontransport1.ayerandtheSb2Seg1.ayer,whichcanbeconsideredasahighresistance1.ayer,resu1.tingintheincreaseofseriesresistance.Ontheotherhand,whentheXe-ET1.ishigherthan4.6eV,thee1.ectricfie1.dofthee1.ec

44、trontransport1.ayercanbereversed,1.eadingtotheaccumu1.ationofthephoton-generatedcarriersattheinterfacebetweenthetransparentconductivefi1.mandthee1.ectrontransport1.ayer,whichcou1.da1.sohinderthecarriertransportandincreasetheseriesresistance.Atthesametime,thee1.ectricfie1.dofSbzSea1.ayerbecomesweakwi

45、ththeva1.ueofXe-ET1.increasingaccordingtothebandstructureoftheSb2Seaso1.arce1.1.,1.eadingtotheincreaseoftheCarriersYecombinationandthereductionofthece1.1.para1.1.e1.resistance.Asaresu1.t,toohighortoo1.owxe-ET1.can1.owertheFFva1.ueandcausethedeviceperformancetodegrade.Thus,tomaintainhighdeviceperform

46、ance,from4.0eVto4.4eVisasuitab1.erangefortheXe-ET1.oftheSb2Se3so1.arce1.!.Moreover,basedontheoptimizationoftheXe-ET1.,theenhancementoftheSb2Seg1.ayermateria1.qua1.itycanfurtherimprovetheso1.arce1.1.performance.InthecaseofremovingthedefectstatesoftheSb2Se31.ayer,theconversionefficiencyoftheSbzSesso1.

47、arce1.1.withathicknessof0.6urnissignificant1.yincreasedfrom7.87%to12.15%,Furtherincreasingthethicknessoftheso1.arce1.1.to3m,theconversionefficiencycanbeashighas16.55%(J=34.88mAcm2,Voc=0.59V,FF=80.40%).Thesimu1.ationresu1.tsshowthattheSbzSe3thinfi1.mso1.arce1.1.scanobtainexce1.1.entperformancewithsim

48、p1.edevicestructureandhavemanypotentia1.app1.ications. Keywords:antimonyse1.enide,e1.ectrontransport1.ayer,thinfi1.mso1.arce1.1.,wx-AMPS PACS:73.61.-r,88.40.hj,82.20.Wt DOI:10.7498aps.67.20181745 物理学报ACtaPhys.Sin.Vo1.67,No.24(2018)247301 Project supported by the National Natural Science Foundation o

49、f China(Grant No.51772049), the Jilin Scientific and Technological Development Program, China(Grant No.20170520159JH),and the4Thirteenth Five-Year,Scientific and Technological Research Project of the Education Department ofJilin Province,China(Granl NoJJKH20190705KJ). t Corresponding author. E-mail: 247301-8 (C) 1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved, http:/