NH4F辅助水热法沉积Sb2(S,Se)3用于高性能太阳能电池

硒硫化锑(Sb₂(S,Se)₃)作为一种新兴的太阳能电池光吸收材料，所含元素较为丰富且化合物环境友好。其带隙可在1.1-1.8 eV范围调节，同时具有较高的光吸收系数非常适合做单节或叠层太阳能电池的光吸收材料。目前，基于水热法制备的Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的光电效率已经突破10%，受到研究人员的广泛关注。

图1. NH₄F辅助制备Sb₂(S,Se)₃薄膜的水热沉积工艺示意图

近日，中国科学技术大学陈涛教授和唐荣风副研究员等人在Science China Materials 上发表研究论文，采用具有双重作用的NH₄F添加剂辅助水热法沉积Sb₂(S,Se)₃，并以其为吸光材料制备得到高性能太阳能电池。

NH₄F作为一种水热添加剂调节Sb₂(S,Se)₃薄膜的能级梯度，改善在水热沉积Sb₂(S,Se)₃过程中由于使用的锑、硫和硒前驱物之间的反应造成薄膜内部不利的Se和S阴离子梯度分布。在NH₄F的双重作用下，Sb₂(S,Se)₃薄膜的能级发布及与CdS的接触特性均得到优化，器件效率最高达到10.28%，相比无NH₄F添加剂制备的器件提高了12 %。

图2 (a，b)添加和未添加NH₄F的器件能级示意图，(c)沉积时间为 30 分钟的CdS衬底XRD图，(d) J-V 曲线。

该研究通过添加不同量NH₄F抑制硫代硫酸钠和硒脲的释放速度，精确调控了Sb₂(S,Se)₃薄膜内部的S、Se的含量，进而对其物象、形貌及其能级梯度实现精确控制。另一方面，NH₄F的水解还可以诱导CdS的溶解和再沉积，从而有效地改善CdS衬底的形貌和结晶度，改善器件的界面特性。该项研究可以为改善硫化物衬底和硫族化合物薄膜性质提供一种有效的策略，并应用于光电器件。

基金支持 This work was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (22005293 and U19A2092) and the National Key Research and Development Program of China (2019YFA0405600).

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