近日，CdTe和CIGSe等薄膜太阳能电池凭借低廉生产成本与优异能量转换效率(PCE)备受瞩目，但其组成元素的毒性和稀缺性限制了广泛应用。在此背景下，Cu₂SrSnS₄半导体因具备无毒、地球丰度高、可调带隙等优异吸收特性，成为潜在替代品。不过，该材料尚处新兴阶段，当前PCE仅为0.6%，与传统太阳能电池竞争仍需显著提升性能。

目前，较大的开路电压(VₒC)损耗是制约Cu₂SrSnS₄太阳能电池性能的关键因素，这主要源于其与传输层能带排列不当。因此，找到理想器件配置成为提升其PCE的最佳途径。

近年来，SCAPS - 1D模拟软件凭借可靠性以及能在短时间内、不消耗材料的情况下研究太阳能电池特性的优势，受到广泛关注。在Kaviya Tracy Arockiadoss等人发表于《固体物理与化学杂志》的论文中，研究人员提出多种器件配置，并利用SCAPS - 1D全面研究了Cu₂SrSnS₄太阳能电池的性能。

研究人员设计了六种基于硫族化物和氧化物空穴传输层(HTL)的超晶格结构Cu₂SrSnS₄太阳能电池，HTL材料分别为Sb₂S₃、MoS₂、Cu₃BiS₃、NiO、CuAlO₂和Cu₂O，同时以ZnMgO作为电子传输层(ETL)。此外，还设计了不带HTL的太阳能电池，以此探究HTL对性能提升的重要性。

研究过程中，研究人员依据各层的基本参数，如厚度、载流子密度、缺陷密度和界面特性等，对太阳能电池性能展开了广泛分析。优化结果十分显著，HTL的添加有效提高了PCE。对比发现，基于氧化物HTL的太阳能电池性能优于硫族化物HTL，其中采用Cu₂O HTL的太阳能电池PCE最高，达到18.48%。

为探究Cu₂O HTL太阳能电池性能优于其他电池的原因，研究人员进一步对不同HTL太阳能电池进行比较分析，重点关注从SCAPS - 1D中提取的每种太阳能电池的能带图、电场、产生率、复合率、奈奎斯特图和电子分布。

研究发现，Cu₂O太阳能电池在吸收层和HTL界面处具有完美的能带排列，空穴和电子势垒分别为 - 0.04 eV和0.46 eV。此外，与其他材料相比，Cu₂O太阳能电池负极电场更强，复合电阻高达9.4×10⁵ Ω·cm²，开路电压(VₒC)亏缺率也较低。

综上所述，研究人员的工作为光伏领域理解HTL在提升太阳能电池效率方面的重要性提供了极具价值的指导。研究人员相信，采用FTO/ZnMgO/Cu₂SrSnS₄/Cu₂O/Ni这一最佳器件结构制备Cu₂SrSnS₄太阳能电池，未来有望进一步提升其光电转换效率。

更多信息：Kaviya Tracy Arockiadoss 等人，基于 SCAPS-1D 模拟的硫族化物和氧化物空穴传输层的 Cu₂SrSnS₄太阳能电池架构指南，《固体物理与化学杂志》(2025 年)。