Solar RRL:锑基硫族化合物叠层太阳能电池

锑基硫族化合物具有简单的化学组分,良好的水、氧稳定性,以及环境友好等特点,被视为一种具有潜在应用前景的光伏材料。这类化合物包括Sb2(S,Se)3,Sb2S3,Sb2Se3。其中,Sb2Se3的带隙为~1.1 eV,和硅相当,适合做单结太阳能电池的光伏材料,而且其光电池转换效率已经达到了9.2%。Sb2S3具有~1.7 eV的带隙宽度,是一种理想的顶电池材料;已有理论预测Sb2S3可以与硅、铜铟镓硒、钙钛矿等较宽带隙材料的结合,组装叠层太阳能电池;当然也可以和Sb2Se3结合制备叠层器件结构,并且已有工作对Sb2S3与Sb2Se3的叠层器件结构进行了理论上的探讨。

近日,中国科学技术大学陈涛教授课题组制备出分别以Sb2S3和Sb2Se3作为顶电池和底电池的全锑基硫族化合物叠层太阳能电池,证明了该材料组合的可行性。该工作通过水热沉积的方法制备了Sb2S3光吸收层,并利用多层石墨烯电极替代传统不透光的金电极,实现Sb2S3顶电池的半透明性。在底电池的制备中,采用气相沉积的方法制备了Sb2Se3薄膜。最终所制备的Sb2S3和Sb2Se3的带隙分别为1.74和1.22 eV,完全满足了叠层太阳能电池的要求。通过优化子电池的光谱利用,最终叠层器件实现7.93%的光电转换效率,优于单独优化的Sb2S3顶电池(5.58%)和Sb2Se3底电池(6.50%)。然而,尽管硫化锑和硒化锑可以实现光谱的匹配,由于其子电池的效率的制约,最终叠层器件效率的提升还需要大量的研究工作。相关论文在线发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.202000048)上。