近日，我院先进能源材料与器件实验室在基于硫化锑半导体异质结薄膜光伏器件领域发表了重要综述论文，提出了溶液法制备高效无机硫化锑半导体薄膜光伏器件的理论依据和关键策略，相关成果于2024年1月2日在线发表在国际著名学术期刊《Advanced Functional Materials》上。

图1. 硫化锑半导体异质结薄膜制备方法

硫化锑是一维结构的无机半导体材料，具有高光折射率、高光敏性、优异的热电性、良好的光导性和导电性，在微波器件、转换器件及各种光电子器件等方面具有重要的应用。结晶的硫化锑由无毒且地球上含量丰富的元素组成，是一种用来制备光伏器件的光吸收材料，具有重要应用前景。该光吸收薄膜材料在可见光谱范围之内具有高的光吸收系数，高的电子和空穴迁移率，相对友好的环保特征，载流子的扩散长度大且寿命通常较长等特点。先进能源材料与器件实验室研究团队就硫化锑半导体薄膜溶液加工技术目前所存在的某些局限和不足进行了剖析，揭示了硫化锑半导体薄膜及光电子器件在界面工程与调制机制、缺陷钝化策略、晶体取向与调控、器件结构与性能优化等方面的重要原理和关键技术点。提出了创造性的观点和建设性的创新策略来破解现有方法的窘境，这些措施和方法也适用于其他无机半导体异质结薄膜光电子器件，为无机半导体异质结薄膜光电子器件的实际应用需求提供了理论参考和技术指导。

图2. 硫化锑半导体异质结薄膜晶体取向调控原理及电荷转移机制

合肥工业大学为论文第一署名单位，合肥工业大学陈俊伟副教授、许俊教授和苏州大学李亮教授为论文共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务经费等项目的资助。

文章链接:  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202313676

前期，先进能源材料与器件实验室研究团队利用种子辅助溶液加工技术，在无机TiO₂多晶纳米薄膜表面首次用无毒、环境友好的溶剂原位生长出制备出大面积高无定取向的Sb₂S₃单晶阵列，揭示了单晶阵列的晶体学特征，阐明了无定取向结构生长的竞争本质。制备了Sb₂S₃基新型无机纳米异质结阵列光伏器件，在最大功率输出点呈现良好的稳定性。该成果发表在半导体器件领域的著名期刊（IEEE Electron Device Letters, 2022, 43, 1503-1506）上。

图3. 硫化锑半导体异质结薄膜制备及微结构表征

日前，先进能源材料与器件实验室陈俊伟副教授与中国科学院合肥物质科学研究院王命泰研究员、陈冲研究员合作，提出了基于溶液加工硫化锑半导体薄膜的并联平板异质结（PPHJ）光伏器件结构，其PPHJ策略保留了制备串联多个平板异质结（PHJ）层的可行性，并且消除了传统的串联和并联串联PHJ体系中遇到的载流子复合层和多重电极制备的困难和复杂性，该成果发表在国际顶级学术期刊（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202312951）上。

图4. PPHJ太阳电池结构、光伏性能及其中载流子过程示意图

（李高阳 文/图 刘梅 审核）