唐江教授课题组开辟薄膜太阳能电池研究新材料体系

5月18日，光电领域权威杂志《自然·光子学》（Nature Photonics）在线发表了光电国家实验室唐江教授课题组的研究成果《硒化锑薄膜电池：一维带状取向和良性晶界》（Thin-film Sb2Se3 photovoltaics with oriented one-dimensional ribbons and benign grain boundaries）。

该研究发展了一种快速热蒸发（RTE）工艺，利用简单的管式炉在低真空条件（~1Pa）下实现硒化锑薄膜的快速蒸发制备（蒸发速率达1微米/分，30秒完成薄膜沉积）。更为重要的是，通过深入分析硒化锑晶体材料的结构特征，发现其晶体由一维带状材料堆积而成，且只在一个方向上存在共价键，而在另外两个正交方向上都以范德华力结合。

文章指出，如果硒化锑薄膜取向得当，则其晶界（GB）将不存在悬挂键，本征良性。这一特性使其与目前已知的几乎所有无机半导体材料都不同，后者在晶界存在悬挂键构成电子的复合中心，因此需要钝化处理。

课题组与华东师范大学陈时友教授合作，对硒化锑的晶面能等进行了深入的理论计算，计算表明在硒化锑晶面不存在悬挂键。

实验中，课题组通过开尔文探针扫描谱和电子束感应光电流谱进一步证实如果硒化锑薄膜取向合适，则其晶界缺陷态密度极低，本征良性。通过工艺优化，研究人员最终成功制备出光电转换效率达5.6%的顶衬结构硒化锑薄膜太阳能电池，并得到Newport公司的第三方权威认证。经过测试，器件还显示出较好的稳定性。

长期以来，唐江教授课题组致力于太阳能领域的研究和实践。他们希望能够寻找来源广泛、价格低廉、绿色无毒的新型半导体材料，用来实现高效低成本的光伏发电。

由于硒化锑具有优良的光电和材料特性，非常有希望制备低成本、高效率的太阳能电池，同时其研究极少，未被关注，具有重要的科研和应用价值。因此课题组在国际上率先开展硒化锑薄膜太阳能电池研究，并于2013年5月申请了硒化锑电池专利保护。

近两年来，课题组围绕该领域开展了一系列研究工作，分别在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）、《ACS应用材料与界面》（ACS Applied Materials and Interface）、《应用物理快报》（Applied Physics Letters）、《光伏进展》（Progress in Photovoltaics）刊发论文。 课题组的持续研究证实硒化锑是一种非常有潜力的太阳能电池吸光层材料，并拓展了人们对于无机光电一维带状材料特殊取向时晶界本征良性的认识，开辟了薄膜太阳能电池研究新的材料体系。

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