There is evidence that interface recombination in Cu2ZnSnS4 solar cells contributes to the open-circuit voltage deficit. Our hybrid density functional theory calculations suggest that electron-hole recombination at the Cu2ZnSnS4/CdS interface is caused by a deeper conduction band that slows electron extraction. In contrast, the bandgap is not narrowed for the Cu2ZnSnSe4/CdS interface, consistent with a lower open-circuit voltage deficit.
References
1.
A.
Polizzotti
, I. L.
Repins
, R.
Noufi
, S.-H.
Wei
, and D. B.
Mitzi
, Energy Environ. Sci.
6
, 3171
(2013
).2.
A.
Walsh
, S.
Chen
, S.-H.
Wei
, and X.-G.
Gong
, Adv. Energy Mater.
2
, 400
(2012
).3.
K.-J.
Yang
, D.-H.
Son
, S.-J.
Sung
, J.-H.
Sim
, Y.-I.
Kim
, S.-N.
Park
, D.-H.
Jeon
, J.
Kim
, D.-K.
Hwang
, C.-W.
Jeon
, D.
Nam
, H.
Cheong
, J.-K.
Kang
, and D.-H.
Kim
, J. Mater. Chem. A
4
, 10151
(2016
).4.
A.
Guchhait
, Z.
Su
, Y. F.
Tay
, S.
Shukla
, W.
Li
, S. W.
Leow
, J. M. R.
Tan
, S.
Lie
, O.
Gunawan
, and L. H.
Wong
, ACS Energy Lett.
1
, 1256
(2016
).5.
S.
Bourdais
, C.
Choné
, B.
Delatouche
, A.
Jacob
, G.
Larramona
, C.
Moisan
, A.
Lafond
, F.
Donatini
, G.
Rey
, S.
Siebentritt
et al., Adv. Energy Mater.
6
, 1502276
(2016
).6.
L.
Grenet
, M. A. A.
Suzon
, F.
Emieux
, and F.
Roux
, ACS Appl. Energy Mater.
1
, 2103
–2113
(2018
).7.
C.
Yan
, J.
Huang
, K.
Sun
, S.
Johnston
, Y.
Zhang
, H.
Sun
, A.
Pu
, M.
He
, F.
Liu
, K.
Eder
et al., Nat. Energy
3
, 764
–772
(2018
).8.
S.
Kim
, J.-S.
Park
, and A.
Walsh
, ACS Energy Lett.
3
, 496
(2018
).9.
O.
Gunawan
, T. K.
Todorov
, and D. B.
Mitzi
, Appl. Phys. Lett.
97
, 233506
(2010
).10.
W.
Wang
, M. T.
Winkler
, O.
Gunawan
, T.
Gokmen
, T. K.
Todorov
, Y.
Zhu
, and D. B.
Mitzi
, Adv. Energy Mater.
4
, 1301465
(2014
).11.
A.
Crovetto
, M. L.
Palsgaard
, T.
Gunst
, T.
Markussen
, K.
Stokbro
, M.
Brandbyge
, and O.
Hansen
, Appl. Phys. Lett.
110
, 083903
(2017
).12.
A.
Redinger
and T.
Unold
, Sci. Rep.
8
, 1874
(2018
).13.
I.
Repins
, J.
Li
, A.
Kanevce
, C.
Perkins
, K.
Steirer
, J.
Pankow
, G.
Teeter
, D.
Kuciauskas
, C.
Beall
, C.
Dehart
et al., Thin Solid Films
582
, 184
(2015
).14.
A.
Crovetto
and O.
Hansen
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
169
, 177
(2017
).15.
K.
Kaur
, N.
Kumar
, and M.
Kumar
, J. Mater. Chem. A
5
, 3069
(2017
).16.
P. D.
Antunez
, D. M.
Bishop
, Y. S.
Lee
, T.
Gokmen
, O.
Gunawan
, T. S.
Gershon
, T. K.
Todorov
, S.
Singh
, and R.
Haight
, Adv. Energy Mater.
7
, 1602585
(2017
).17.
M. J.
Turnbull
, D.
Vaccarello
, J.
Wong
, Y. M.
Yiu
, T.-K.
Sham
, and Z.
Ding
, J. Chem. Phys.
148
, 134702
(2018
).18.
A. G.
Aberle
, Prog. Photovoltaics: Res. Appl.
8
, 473
(2000
).19.
C.
Battaglia
, A.
Cuevas
, and S.
De Wolf
, Energy Environ. Sci.
9
, 1552
(2016
).20.
J. S.
Park
, S.
Kim
, Z.
Xie
, and A.
Walsh
, Nat. Rev. Mater.
3
, 194
(2018
).21.
K.
Wang
, O.
Gunawan
, T.
Todorov
, B.
Shin
, S.
Chey
, N.
Bojarczuk
, D.
Mitzi
, and S.
Guha
, Appl. Phys. Lett.
97
, 143508
(2010
).22.
A.
Redinger
, M.
Mousel
, M. H.
Wolter
, N.
Valle
, and S.
Siebentritt
, Thin Solid Films
535
, 291
(2013
).23.
B.
Monserrat
, J.-S.
Park
, S.
Kim
, and A.
Walsh
, Appl. Phys. Lett.
112
, 193903
(2018
).24.
A.
Crovetto
, A.
Cazzaniga
, R. B.
Ettlinger
, J.
Schou
, and O.
Hansen
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
187
, 233
(2018
).25.
J.
Heyd
, J. E.
Peralta
, G. E.
Scuseria
, and R. L.
Martin
, J. Chem. Phys.
123
, 174101
(2005
).26.
L.
Wang
, T.
Maxisch
, and G.
Ceder
, Phys. Rev. B
73
, 195107
(2006
).27.
A.
Jain
, G.
Hautier
, S. P.
Ong
, C. J.
Moore
, C. C.
Fischer
, K. A.
Persson
, and G.
Ceder
, Phys. Rev. B
84
, 045115
(2011
).28.
H.-K.
Noh
, K.
Chang
, B.
Ryu
, and W.-J.
Lee
, Phys. Rev. B
84
, 115205
(2011
).29.
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
).30.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).31.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).32.
Y.
Zhang
and W.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
80
, 890
(1998
).33.
J. P.
Perdew
, A.
Ruzsinszky
, G. I.
Csonka
, O. A.
Vydrov
, G. E.
Scuseria
, L. A.
Constantin
, X.
Zhou
, and K.
Burke
, Phys. Rev. Lett.
100
, 136406
(2008
).34.
R.
Armiento
and A. E.
Mattsson
, Phys. Rev. B
72
, 085108
(2005
).35.
J.
Sun
, A.
Ruzsinszky
, and J. P.
Perdew
, Phys. Rev. Lett.
115
, 036402
(2015
).36.
J.
Heyd
, G. E.
Scuseria
, and M.
Ernzerhof
, J. Chem. Phys.
118
, 8207
(2003
).37.
S.-H.
Wei
and S. B.
Zhang
, Phys. Rev. B
62
, 6944
(2000
).38.
D. M.
Többens
, G.
Gurieva
, S.
Levcenko
, T.
Unold
, and S.
Schorr
, Phys. Status Solidi B
253
, 1890
(2016
).39.
C.
Bosson
, M.
Birch
, D. P.
Halliday
, K.
Knight
, C.
Tang
, A.
Kleppe
, and P.
Hatton
, in 2016 IEEE 43rd Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)
(IEEE
, 2016
), pp. 0405
–0410
.40.
J.-S.
Park
and M. K.
Chan
, J. Appl. Phys.
123
, 161560
(2018
).41.
J.-S.
Park
, J.-H.
Yang
, A.
Kanevce
, S.
Choi
, I. L.
Repins
, and S.-H.
Wei
, Phys. Rev. B
91
, 075204
(2015
).42.
S.
Tajima
, R.
Asahi
, D.
Isheim
, D.
Seidman
, T.
Itoh
, M.
Hasegawa
, and K.
Ohishi
, Appl. Phys. Lett.
105
, 093901
(2014
).43.
F.
Liu
, C.
Yan
, J.
Huang
, K.
Sun
, F.
Zhou
, J. A.
Stride
, M. A.
Green
, and X.
Hao
, Adv. Energy Mater.
6
, 1600706
(2016
).44.
D.
Wuu
, R.
Horng
, and M.
Lee
, J. Appl. Phys.
68
, 3338
(1990
).45.
46.
M.
Neuschitzer
, M.
Espindola-Rodriguez
, M.
Guc
, J. A. M.
Prieto
, S.
Giraldo
, I.
Forbes
, A.
Perez-Rodriguez
, and E.
Saucedo
, J. Mater. Chem. A
6
, 11759
–11772
(2018
).47.
M.
Neuschitzer
, Y.
Sanchez
, S.
López-Marino
, H.
Xie
, A.
Fairbrother
, M.
Placidi
, S.
Haass
, V.
Izquierdo-Roca
, A.
Perez-Rodriguez
, and E.
Saucedo
, Prog. Photovoltaics: Res. Appl.
23
, 1660
(2015
).48.
U.
Rau
and J.
Werner
, Appl. Phys. Lett.
84
, 3735
(2004
).49.
T.
Gokmen
, O.
Gunawan
, T. K.
Todorov
, and D. B.
Mitzi
, Appl. Phys. Lett.
103
, 103506
(2013
).50.
J.-S.
Park
, S.
Kim
, and A.
Walsh
, Phys. Rev. Mater.
2
, 014602
(2018
).51.
Y. S.
Lee
, T.
Gershon
, T. K.
Todorov
, W.
Wang
, M. T.
Winkler
, M.
Hopstaken
, O.
Gunawan
, and J.
Kim
, Adv. Energy Mater.
6
, 1600198
(2016
).52.
J.
Kim
, S.
Park
, S.
Ryu
, J.
Oh
, and B.
Shin
, Prog. Photovoltaics: Res. Appl.
25
, 308
(2017
).53.
T.
Ericson
, F.
Larsson
, T.
Törndahl
, C.
Frisk
, J.
Larsen
, V.
Kosyak
, C.
Hägglund
, S.
Li
, and C.
Platzer-Björkman
, Sol. RRL
1
, 1700001
(2017
).54.
Q.
Guo
, G. M.
Ford
, W.-C.
Yang
, B. C.
Walker
, E. A.
Stach
, H. W.
Hillhouse
, and R.
Agrawal
, J. Am. Chem. Soc.
132
, 17384
(2010
).55.
J.
Chantana
, T.
Kato
, H.
Sugimoto
, and T.
Minemoto
, ACS Appl. Mater. Interfaces
10
, 11361
(2018
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
