突破性研究：無機電洞傳輸層如何讓Cu₂SrSnS₄太陽能電池效能大躍升

近年來，CdTe和CIGSe等薄膜太陽能電池因製造成本低廉、轉換效率優異而備受矚目。然而，這些材料所含的有毒元素與稀有成分，卻限制了它們的普及應用。相較之下，Cu₂SrSnS₄半導體憑藉無毒、地球含量豐富、能隙可調等優異特性，被視為極具潛力的替代方案。不過目前其轉換效率僅0.6%，仍有大幅提升空間。

研究發現，開路電壓(V_OC)的嚴重損耗是影響效能的關鍵因素，這主要源自傳輸層的能帶匹配不佳。為此，我們在《物理與化學固體期刊》發表的研究中，運用SCAPS-1D模擬軟體，系統性分析多種電池結構配置，找出最佳解決方案。

我們設計了六種採用硫族化物與氧化物電洞傳輸層(HTL)的Cu₂SrSnS₄太陽能電池，包括Sb₂S₃、MoS₂、Cu₃BiS₃、NiO、CuAlO₂和Cu₂O，並以ZnMgO作為電子傳輸層(ETL)。同時也設計無HTL的對照組，以驗證HTL的重要性。透過調整各層厚度、載子濃度、缺陷密度等引數，最終獲得突破性成果。

研究顯示，新增HTL確實能提升轉換效率，其中以Cu₂O HTL表現最為突出，效率高達18.48%。進一步分析發現，Cu₂O電池在吸收層與HTL介面具有完美的能帶匹配，其電洞與電子能障分別為-0.04 eV和0.46 eV。此外，它還展現出更高的負側電場、9.4×10⁵Ω.cm²的重組阻抗，以及較低的V_OC損耗。

這項研究為光伏領域提供了重要指引，證實採用FTO/ZnMgO/Cu₂SrSnS₄/Cu₂O/Ni結構，能有效提升Cu₂SrSnS₄太陽能電池的轉換效率。這項突破性發現，將為下一代環保太陽能技術開創嶄新局面。

本研究成果已發表於Science X Dialog平臺，該平臺專門刊載研究人員的重要發現。欲瞭解更多資訊，歡迎造訪官方網頁查詢參與方式。

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