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Steep sulfur gradient in CZTSSe solar cells by H2S-assisted rapid surface sulfurization

Taskesen, Teoman; Pareek, Devendra; Hauschild, Dirk ORCID iD icon 1,2; Haertel, Alan 1,2; Weinhardt, Lothar 1,2; Yang, Wanli; Pfeiffelmann, Timo; Nowak, David; Heske, Clemens ORCID iD icon 1,2; Gütay, Levent
1 Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung (IPS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Sulfur/selenium grading is a widely used optimization strategy in kesterite thin-film solar cells to obtain a bandgap-graded absorber material and to optimize optical and electrical properties of the solar-cell device. In this work, we present a novel approach to introduce a [S]/([S] + [Se]) grading for Cu2ZnSn(S,Se)4 solar cells. In contrast to commonly used methods with slow process dynamics, the presented approach aims to create a fast sulfurization reaction on the surface of pure selenide kesterite absorbers by using highly reactive H2S gas and high sulfurization temperatures in a rapid flash-type process. With a combination of X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray emission spectroscopy, Raman spectroscopy, and Raman-shallow angle cross sections spectroscopy, we gain depth-varied information on the [S]/([S] + [Se]) ratio and discuss the impact of different process parameter variations on the material and device properties. The results demonstrate the potential of the developed process to generate a steep gradient of sulfur that is confined mainly to the surface region of the absorber film.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung (IPS)
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2021
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2046-2069
KITopen-ID: 1000131673
HGF-Programm 56.12.11 (POF IV, LK 01) Materials - Quantum, Complex and Functional
Erschienen in RSC Advances
Verlag Royal Society of Chemistry (RSC)
Band 11
Heft 21
Seiten 12687-12695
Nachgewiesen in Web of Science
Scopus
Dimensions
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000131673
Veröffentlicht am 23.04.2021
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1039/d1ra00494h
Scopus
Zitationen: 10
Web of Science
Zitationen: 9
Dimensions
Zitationen: 11
Seitenaufrufe: 145
seit 24.04.2021
Downloads: 100
seit 25.04.2021
Cover der Publikation
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