近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件制造研究部王命泰和陳沖研究員團隊在三硫化銻（Sb₂S₃）太陽電池研究方面取得重要進展，提出了三維分布界面硒化鉛（PbSe）誘導(dǎo)Sb₂S₃結(jié)晶及界面能帶優(yōu)化的策略，實現(xiàn)了Sb₂S₃太陽電池高效的光電轉(zhuǎn)換效率（8.06%）。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

當前，太陽電池大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸仍在于缺乏低成本、高效及穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換材料體系和器件。與鈣鈦礦太陽能電池相比，Sb₂S₃太陽能電池在無毒性和穩(wěn)定性方面具有顯著的優(yōu)勢。然而，它們的功率轉(zhuǎn)換效率普遍在6%-7%左右，其效率仍亟待提高。其中一個主要原因是，一維生長特點的Sb₂S₃晶體取向難以控制，使得光生電荷有效傳輸效率受到嚴重影響。

為此，研究團隊提出了三維分布界面異質(zhì)誘導(dǎo)Sb₂S₃薄膜取向結(jié)晶的策略。通過在三維分布的電子傳輸材料（ETM）通道表面引入PbSe納米顆粒薄膜，誘導(dǎo)Sb₂S₃薄膜的[hk1]方向擇優(yōu)取向結(jié)晶，同時實現(xiàn)ETM /Sb₂S₃界面缺陷的雙向鈍化與能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化。最終獲得了8.06%的電池能量轉(zhuǎn)換效率，這也是Sb₂S₃體型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的最高效率。該研究為Sb₂S₃太陽電池的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計、Sb₂S₃的結(jié)晶動力學(xué)調(diào)控、表面和界面的光電性能調(diào)控，以及界面材料的選擇等多個方面提供了新的思路。

固體所博士生王楊、博士生靳夢琦為該論文的共同第一作者，固體所陳沖、王命泰研究員為該論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院院長基金、中國科學(xué)院引才計劃等項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420361

圖. Sb₂S₃太陽電池結(jié)構(gòu)、光伏性能及其結(jié)晶優(yōu)化、缺陷鈍化和能帶調(diào)整示意圖。