近日，微電子學(xué)院唐榮風(fēng)教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳濤教授在硒化銻(Sb2Se3)光電轉(zhuǎn)換器件研究中取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)圍繞Sb2Se3太陽(yáng)電池開路電壓損失嚴(yán)重這一關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題，提出了一種基于成分調(diào)控的載流子極性控制策略，在吸收層內(nèi)部構(gòu)建p-n同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)器件內(nèi)建電場(chǎng)并有效抑制非輻射復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了器件性能的協(xié)同提升。相關(guān)成果以“Internal HomojunctionSb2Se3Solar Cell”為題，發(fā)表于《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上。
 

　　Sb2Se3作為一種新興的光吸收半導(dǎo)體材料，具有近理想帶隙(1.1–1.3 eV)、高吸收系數(shù)以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，被視為極具應(yīng)用潛力的下一代光吸收層材料。然而，目前基于Sb2Se3的器件效率仍顯著低于CdTe、Cu(In,Ga)Se2等成熟技術(shù)，其核心瓶頸在于開路電壓損失嚴(yán)重。這一問(wèn)題主要源于器件內(nèi)部?jī)?nèi)建電場(chǎng)較弱，難以提供足夠的載流子分離驅(qū)動(dòng)力；同時(shí)，吸收層體相及界面中存在大量深能級(jí)缺陷，導(dǎo)致嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出成分驅(qū)動(dòng)的本征摻雜策略，通過(guò)在熱蒸發(fā)中調(diào)控Se與Sb化學(xué)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)Sb2Se3薄膜導(dǎo)電類型在n型與p型間可控轉(zhuǎn)變，載流子濃度超過(guò)1014cm-3。采用順序沉積法構(gòu)建n/p型Sb2Se3同質(zhì)結(jié)，引入額外內(nèi)建電場(chǎng)，拓寬耗盡區(qū)，從而增強(qiáng)載流子分離，降低缺陷態(tài)密度，抑制非輻射復(fù)合。結(jié)合理論計(jì)算、超快光譜與深度分辨模擬等表征，證實(shí)同質(zhì)結(jié)形成內(nèi)建電勢(shì)梯度，加速載流子傳輸，將復(fù)合損失降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。最終制備出效率達(dá)10.15%的Sb2Se3光電器件，開路電壓損失僅0.459 V，達(dá)到該體系先進(jìn)水平。該工作為降低Sb2Se3光電器件電壓損失提供了新思路，也為銻基硫族化合物光電器件的性能優(yōu)化與器件設(shè)計(jì)提供了重要參考。