研 究 背 景

双面 Cu (In,Ga) Se₂（CIGS）太阳电池可从电池正反两侧收集光照，能够显著提升光伏系统实际发电量，适配建筑光伏一体化、农光互补等多元应用场景。但透明导电氧化物 TCO 与吸收层界面处易生成氧化镓（GaO_x），背面光照条件下界面复合问题会进一步加剧，制约双面 CIGS 器件光电转换效率。现有研究大多选用固定厚度 ITO 背接触，缺少针对 ITO 厚度对导电性、透光性、钠扩散、内建电势综合影响的系统性探究。钙钛矿 / CIGS 四端子叠层电池具备突破单结 Shockley‑Queisser 极限的潜力，而高性能双面 CIGS 底电池是实现叠层器件高输出功率的关键，亟需对 ITO 背接触进行厚度优化，抑制界面副产物，降低复合损失，推动双面 CIGS 及叠层光伏技术发展。

成 果 介 绍

韩国大邱庆北科学技术院Dae-Hwan Kim等人该采用预供给镓结合银合金化（ACIGS）的制备策略，系统研究 200 nm、250 nm、300 nm 三种 ITO 背接触厚度对双面 CIGS 电池性能的影响。实验证实200 nm 为最优 ITO 背接触厚度，该条件能够有效抑制界面高阻 GaO_x层生成，降低界面缺陷与载流子复合。优化后的银‑CIGS 双面电池正面光电转换效率达 17.25%，处于全球双面 CIGS 器件第二水平，背面光照效率 5.77%；模拟地面反射光的 1.3 倍太阳光条件下输出功率密度 19.05 mW cm^-2，2.0 倍太阳光条件下达到 23.03 mW cm^-2。将该器件作为底电池构筑四端子钙钛矿 / CIGS 双面叠层电池，1.3 倍太阳光下输出功率密度 28.42 mW cm^-2，2.0 倍太阳光条件下为 32.26 mW cm^-2，创造该构型双面叠层器件目前报道的最高双面发电密度。文章借助 SEM、STEM‑EDS、SIMS、导纳谱、CV‑DLCP 等多种表征手段，解析不同 ITO 厚度下界面层演变、缺陷密度、复合机制，阐明性能差异背后的微观机理。该成果以“Boosting Bifacial Output Power of Ag-CIGS Solar Cells by Optimizing ITO Back-Contact Thickness for Tandem Applications”为题发表在Carbon Energy 期刊上。

研 究 亮 点

1.系统开展 ITO 背接触厚度变量研究，对比 200/250/300 nm 厚度，证实 200 nm ITO 可有效缩减 CIGS/ITO 界面 GaO_x厚度，减少高阻界面层带来的传输损耗，该系统性厚度探究在过往研究中较为缺失。

2.结合预供镓与银掺杂协同改性，优化吸收层镓梯度分布，降低界面和体内缺陷态密度，抑制非辐射复合，同步改善开路电压、填充因子与光生载流子收集能力。

3.获得高性能单结与叠层器件数据，最优单结正面效率 17.25%，为 ITO 基底双面 CIGS 全球第二；拓展至四端子叠层，刷新 1.3 倍太阳光反照工况下双面输出功率密度世界纪录。

4.多表征揭示失效机理，通过 STEM‑EDS、导纳谱、温度依赖 J‑V 等测试证明，更厚 ITO 会形成更厚 GaO_x层，提升界面缺陷密度，加剧界面复合，为透明背接触 CIGS 器件优化提供微观机理解释。

图 文 解 析

图 1 ACIGS 薄膜三阶段共蒸发制备工艺剖面示意图；钼背接触单结器件与不同厚度 ITO 背接触双面电池器件结构示意图

图 2 钼、200 nm、250 nm、300 nm ITO 基底上 ACIGS 吸收层截面与表面 SEM 形貌图

图 3 不同基底 ACIGS 薄膜 XRD、拉曼光谱；TOF‑SIMS 元素深度分布以及 GGI 镓梯度分布曲线

图 4 不同厚度 ITO/ACIGS 界面 STEM‑EDS 线扫描、元素面分布与 HAADF 图像，展示 GaO_x界面层厚度差异

图 5 各类器件光伏参数箱型图、外量子效率 EQE、Urbach 能量等光学电学性能分析结果

图 6 不同器件的导纳谱阿伦尼乌斯拟合、CV 与 DLCP 缺陷密度测试，定量分析体内与界面缺陷水平

图 7 不同基底器件变温 J‑V 特性与开路电压随温度变化曲线，解析主导复合路径

图 8 不同厚度 ITO 双面 CIGS 电池在多光照条件下 J‑V 曲线；与已报道顶尖双面 CIGS 器件性能对标图

图 9 四端子双面钙钛矿 / CIGS 叠层器件结构示意图；顶电池 EQE 曲线；叠层器件 J‑V 以及与文献报道叠层性能对比图

研 究 小 结

该工作通过预供给镓工艺搭配银合金化，完成 ITO 背接触厚度的系统优化。200 nm ITO 背接触能够最大程度抑制 CIGS‑ITO 界面处高阻氧化镓生成，降低界面缺陷浓度，削弱界面复合，实现优异的单结双面光伏性能，正面效率 17.25%。将其用作底电池构筑四端子钙钛矿 / CIGS 叠层器件，在模拟实际地表反照的 1.3‑sun 工况下取得目前最高双面输出功率密度。研究同时指出，更厚的 ITO 会带来更厚 GaO_x界面层，提升界面复合损失，劣化电池性能。本研究验证了厚度调控透明背接触对双面 CIGS 及其叠层器件的关键价值，后续可进一步优化镓铟镓梯度、引入后处理工艺、探索其他透明导电材料，进一步提升正反两面效率，推动双面 CIGS 叠层光伏向建筑光伏、柔性光电器件方向发展。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Boosting Bifacial Output Power of Ag-CIGS Solar Cells by Optimizing ITO Back-Contact Thickness for Tandem Applications

文章研究方向：

薄膜光伏器件结构

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70296

DOI: 10.1002/cey2.70296

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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