近日，河南大学武四新教授课题组在液相法制备高效Cu(In,Ga)Se2（CIGS）领域取得新进展，相关成果以“Controllable Formation of Ordered Vacancy Compound for High Efficiency Solution Processed Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”为题，以全文形式在Advanced Functional Materials上发表（Adv. Funct. Mater. 2020, 2007928）。目前该杂志影响因子为16.836，JCR分区一区。

  目前器件效率大于20%的CIGS电池通常是通过真空方法制备的。为了降低设备成本、提高原料利用率，从而进一步提升CIGS电池在光伏市场的竞争力，需要发展新的低成本薄膜制备方法。液相法制备薄膜具有成本低、原料利用率高、可以实现卷对卷制备等优点。近年来基于液相法制备的CIGS电池也取得了快速发展，并获得了17.3%的转换效率，与真空法相比仍有一定的差距。研究表明在高效CIGS电池的吸收层表面通常存在一层贫铜组分的有序缺陷化合物（2VCu+InCu，OVC）。OVC相可以极大提高CIGS/CdS异质结质量，从而提升CIGS器件效率。在液相法制备薄膜中，由于无法实现元素在制备过程中的实时调控，难以实现CIGS表面OVC的可控形成，并且目前很少有关于液相法调控OVC相的研究。

图1. OVC相制备过程示意图

图2. CIGS器件的能带结构示意图

  在本研究中，通过分析OVC相的形成机理，设计了一种在吸收层表面沉积贫铜CIGS化合物的方式，利用在硒化成膜过程中Cu元素的扩散，实现CIGS表面OVC的制备。通过控制硒化温度和有意改变顶层和体相前驱体溶液中的Cu/(In+Ga)化学计量，可以实现Cu(In,Ga)Se2表面OVC相的可控制备（图1）。通过测试分析我们发现表面OVC相提升CIGS电池效率的原因主要来源于以下几点：（1）OVC降低CIGS表面的价带能级位置，形成空穴往缓冲层传输的势垒，抑制载流子在CIGS/CdS的复合。（2）OVC相的形成可以有效降低界面的缺陷浓度。（3）OVC相可以促进载流子的分离和搜集。通过优化OVC相含量，我们制备出了效率达到16.39%的CIGS太阳能电池，是目前非肼溶液法CIGS太阳能电池的最高效率。本研究工作对进一步提升液相法CIGS太阳能电池的效率提供了新的研究思路和技术手段。

  特种功能材料重点实验室硕士研究生赵云海为论文第一作者，武四新教授和袁胜杰博士为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。