2.2　CZTSe薄膜太阳能电池特性的数值模拟

2.2.1　CZTSe薄膜太阳能电池基本结构输出特性

CZTSe薄膜太阳能电池基本结构模拟的环境温度设置为300K，光照条件为标准AM1.5G。模拟得到的CZTSe电池伏安特性曲线和量子效率如图2-5所示。模拟得到的电池效率为28.26%，远大于目前实验制备得到的约10%电池效率。这一差异部分来自于数值模拟方法本身的局限，一些有可能降低电池性能的实际情况并没有在模拟中得到相应的反映；同时这也说明CZTSe薄膜太阳能电池在性能提升上具备较大潜力。

2.2.2　禁带宽度对CZTSe薄膜太阳能输出特性的影响

目前报道的CZTSe禁带宽度的大小各有不同，范围在0.9～1.5eV［27，31～32］。作为太阳能电池的吸收层，CZTSe材料的禁带宽度对电池的效率、开路电压等有显著的影响。图2-6所示为设置不同禁带宽度的CZTSe薄膜太阳能电池的输出伏安特性曲线，可以看到，在0.9～1.5eV的范围内，电池的开路电压随着禁带宽度变大而增加，短路电流略有降低。图2-7描述了禁带宽度与电池效率的关系，禁带宽度较大的电池具有较高的效率。

2.2.3　CZTSe吸收层厚度对CZTSe薄膜太阳能输出特性的影响

图2-8描述了电池效率与CZTSe吸收层厚度的关系。可以清楚地看到，随着吸收层厚度的增加，电池的效率有所提高。其主要原因是随着吸收层厚度的增加，波长较长的光子的量子效率会提高，如图2-9所示。更多的长波长光子在P区吸收层被吸收，生成更多的电子空穴对。1μm的CZTSe吸收层长波的量子效率明显低于其他。需要注意的是，结合实际考量，电池吸收层厚度增加会增加电池的制备时间和成本，同时造成原材料的消耗增加。从厚度与效率的模拟结果可以看出，在3μm之后，电池的效率随吸收层厚度增加所获得的提升已不是特别显著。

2.2.4　CdS缓冲层厚度对CZTSe薄膜太阳能电池输出特性的影响

CdS缓冲层厚度对电池短路电流和效率的影响如图2-10所示。可以看到随着CdS吸收层厚度的减小，电池的短路电流和效率都有所升高。从图2-11可以看出，造成短路电流升高的主要原因是电池在350～550nm区间的量子效率随CdS厚度降低而升高，这是因为当CdS厚度变小时，被CdS层吸收的光子数量会减小，尤其是短波长的光子，因而这部分短波长光子贡献的光电流有所增加。

2.2.5　工作温度对CZTSe薄膜太阳能电池效率的影响

通过设置不同的工作温度，研究其对CZTSe电池输出特性的影响。从图2-12可以看到，随着工作温度的升高，电池的开路电压明显下降，而短路电流无明显变化。这是因为随着温度升高，电池中的电子获得了额外的能量，散射增强，在到达耗尽区被收集之前更容易与空穴复合，因而引起开路电压下降。

2.2.6　寄生电阻对CZTSe太阳能电池输出特性的影响

太阳能电池的等效电路如图2-13所示，在前面的模拟中采用默认的理想假设，认为电池的并联电阻RSH为无穷大，串联电阻Rs为0。

在实际的太阳能电池中，存在着并联电阻和串联电阻等寄生电阻，并对电池的输出特性有着明显的影响［33］。图2-14展示了不同串联电阻的CZTSe薄膜太阳能电池的伏安特性曲线。从图中可以看出，串联电阻不影响电池的开路电压，但是会降低电池的短路电流，串联电阻越大，短路电流的降低越显著。从图2-15可以看出串联电阻对电池效率和填充因子的影响十分明显。

从图2-16和图2-17中可以看出并联电阻对太阳能电池的输出特性也有严重的影响。当并联电阻较小时，电池的填充因子和效率都明显降低。综上所述，实际制备电池时应优化工艺以减小串联电阻、增大并联电阻。