Advanced Energy Materials:配体调控薄膜生长实现高效率Sb2(S,Se)3太阳能电池

近年来,硒硫化锑(Sb2(S,Se)3)材料因具有稳定、单一的物相、可调的光学带隙和丰富的元素储量等优点,被认为是一种极具潜力的新型光伏材料。另外,Sb2(S,Se)3材料的熔点较低,使得其薄膜的制备工艺条件较为简单。对于这一材料体系,合适的制备工艺是得到高质量薄膜及其高效光电转换的关键。目前常见的溶液、气相沉积法制备的合金型Sb2(S,Se)3薄膜存在致密性、平整性的问题,从而导致载流子传输的电阻增加以及光生载流子的复合损失。

面向高质量薄膜的制备,中国科学技术大学陈涛教授课题组发展了水热沉积的方法制备了Sb2(S,Se)3,得到了平整、致密的光吸收薄膜;进一步引入乙二胺四乙酸(EDTA)作为强配体分子来控制水热过程中离子的成核和薄膜沉积过程,从而获得了致密、平整、晶粒尺寸较大的Sb2(S,Se)3薄膜。将此应用于太阳能电池上,实现了10.5%的光电转换效率,这是目前为止所报道的该类太阳能电池最高光电转换效率。相关研究结果发表在Advanced Energy Materials(DOI:10.1002/aenm.202002341)上。 该项研究工作表明,EDTA络合使得水热沉积过程中的离子密度增加、并减少了均相成核与沉淀,薄膜的晶粒尺寸和均匀性均得到实质性地改善。在电学及电化学性质方面,EDTA调控制备的薄膜导电性有所增加,费米能级上移,并且载流子的浓度有所增加;从而增加了载流子的传输、降低了器件中载流子的复合损失。这项研究提供了一种简便易行的调控水热反应沉积薄膜的方法,为进一步研究Sb2(S,Se)3材料的基本性质、提高其光伏器件的效率提供了新的可能性。