【器件论文】利用 β-Ga₂O₃ 缓冲层对无镉 CIGS 太阳能电池进行带隙偏移设计与光学优化

        由印度纳加兰邦迪马普尔国立理工学院的研究团队在学术期刊 Solar Energy 发布了一篇名为 Band-offset engineering and optical optimization of Cd-free CIGS solar cells using a β-Ga₂O₃ buffer layer（利用 β-Ga₂O₃ 缓冲层对无镉 CIGS 太阳能电池进行带隙偏移设计与光学优化）的文章。

摘要

        硫化镉（CdS）仍是铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池中的标准缓冲层；然而，其毒性和短波长吸收特性促使人们寻求无镉替代方案。尽管氧化镓已被探索用作钝化层，但其作为 CIGS 中传输控制缓冲层的作用尚未得到充分量化。本文采用二维 ATLAS TCAD 模拟来研究 β-Ga₂O₃/CIGS 异质结，重点考察导带对准和界面传输。

        缓冲层厚度（10-100 nm）、施主浓度（10¹⁶-5×10¹⁸ cm⁻³）和电子亲和势（3.2-4.0 eV）均可独立变化。大的正导带尖峰（ΔE_c≥0.5 eV）会引发输运势垒和 S 形 J–V 特性，这通过界面处的准费米能级弯曲得到了证实。将偏移减小至浅尖峰（在 X≈4.0 eV 时 ΔE_c≈0.18 eV）可恢复高效的电子提取，同时保持空穴阻挡。最佳厚度为 10-20 nm，施主密度接近 10¹⁸ cm⁻³，可最大限度地减少电阻损耗。

        优化后的器件效率达到 20.38 %（短路电流密度 J_sc=34.82 mA·cm⁻²，开路电压 V_oc=0.664 V，填充因子 FF=82.4 %），且相对于硫化镉（CdS）具有更优的短波长响应。这些结果为将 β-Ga₂O₃ 作为无镉铜铟镓硒（CIGS）缓冲层提供了量化的对准标准。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.solener.2026.114881