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南开科研团队在硒硫化锑太阳电池领域取得重要进展
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-10-21 23:05

  南开新闻网讯 近日,南开大学电子信息与光学工程学院张毅教授课题组在硒硫化锑(Sb2(S,Se)3)薄膜太阳电池领域取得的最新研究成果以“Lowest Open-Circuit Voltage Deficit Achievement to Attain High Efficient Antimony Selenosulfide Solar Cells”为题发表在材料领域知名国际学术期刊Advanced Functional Materials团队利用一种简单而有效的表面后处理策略,实现了目前为止Sb2(S,Se)3太阳电池报道的最低开路电压损失值。

  在双碳目标背景下,薄膜光伏被认为是非常有前途的可再生能源技术,具有革新全球能源格局的潜力。从环保及稳定性角度出发,开发高效、环保、低成本的薄膜光伏材料日益成为学界关注焦点。Sb2(S,Se)3作为准一维材料,具有可调代隙和无毒元素组成等特性,已经成为未来薄膜光电子器件的强有力候选者。张毅教授课题组多年来一直致力于Sb2(S,Se)3材料制备和光电性质的研究,曾在国际上首次利用原位水热沉积Sb2S3薄膜伴随后硒化实现了Sb2(S,Se)3太阳电池器件的制备(Advanced Electronic Materials 2019, 5, 1800683.,开辟了薄膜太阳电池制备新方法随后团队采用硒代硫酸钠替换常规水热法制备Sb2(S,Se)3所使用的价格堪比黄金的硒脲作为硒前驱体,不仅成功制备出高质量Sb2(S,Se)3薄膜,器件转换效率达国际先进水平,制备成本硒脲体系降低80%,且在国际上首次实现一次制备过程即实现Sb2(S,Se)3吸收层带隙调控Small 2023, 19, 2206175.)。

  在上述研究的基础上,张毅教授指导博士生董家斌继续在该领域开展深入研究。针对Sb2(S,Se)3太阳电池开路电压损失较大这一卡脖子问题,通过使用 (NH4)2S溶液对水热沉积制备的Sb2(S,Se)3薄膜进行表面后处理,获得了高质量的Sb2(S,Se)3薄膜,空穴缺陷种类及密度降低,从而有助于抑制非辐射复合进而提高开路电压。此外,(NH4)2S处理调节了Sb2(S,Se)3薄膜的能带结构,优化的能带排列有利于加速空穴载流子的提取。因此,相对控制样的转换效率(8.35%),经过(NH4)2S处理的器件效率10.41%。更为重要的是,其开路电压损失值显著降低到0.49 V,这是目前为止Sb2(S,Se)3太阳能电池报道的最低值同时,团队与中国科学技术大学陈涛教授合作,深入开展了电池开路电压提升的机制。该研究成果最小化非辐射复合减少太阳电池和相关光电子器件的开路电压损失提供了有价值的见解。

  图A 基于对照和AS处理的Sb2(S,Se)3太阳电池J-V曲线(插图为Sb2(S,Se)3太阳能电池PCE和FF×VOC/FFSQ× VOC,SQ的对比图);B 相应器件在不同偏压下载流子传输效率和载流子萃取效率图;C  器件的DLTS谱图;D  Sb2(S,Se)3晶格中的反位缺陷示意图

  南开大学为该项工作的第一完成单位及通讯单位,电子信息与光学工程学院2022级博士生董家斌为该论文的第一作者,电子信息与光学工程学院张毅教授中国科学技术大学陈涛教授为该论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金委的资助。

  文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202309764

编辑:李享

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