近日，中國(guó)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(tuán)隊(duì)在三硫化銻(Sb2S3)太陽(yáng)電池研究方面取得重要進(jìn)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(shí)現(xiàn)了Sb2S3太陽(yáng)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(dāng)前，太陽(yáng)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(yáng)能電池相比，Sb2S3太陽(yáng)能電池在無(wú)毒性和穩(wěn)定性方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。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(gè)主要原因是，一維生長(zhǎng)特點(diǎn)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(yán)重影響。
為此，研究團(tuán)隊(duì)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(guò)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(shí)實(shí)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(yáng)能電池的最高效率。該研究為Sb2S3太陽(yáng)電池的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Sb2S3的結(jié)晶動(dòng)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(gè)方面提供了新的思路。
固體所博士生王楊、博士生靳夢(mèng)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(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院院長(zhǎng)基金、中國(guó)科學(xué)院引才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
圖. Sb2S3太陽(yáng)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。
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