近年来硒化锑(Sb₂Se₃)凭借原材料绿色低毒、价格低廉、一维独特结构贡献良性晶界、二元单相组成易于制备、理想带隙匹配高吸光系数、优异的载流子迁移率及介电常数等优勢，在新型高效低成本薄膜太阳电池研究领域引起广泛关注尽管Sb₂Se₃薄膜太阳电池在环境友好方面具有优胜之处，但和CIGS薄膜太阳电池性能相仳还有很大差距整体表现为电池开路电压亏损（即V_oc-def =E_g/q-V_oc）偏高。高效率CIGS薄膜太阳电池V_oc-def约354 mV而目前最高效率的Sb₂Se₃薄膜太阳电池开路电压为400 mV，亏损接近800 mVSb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提高面临的首要问题是强各向异性的Sb₂Se₃薄膜如何实现[hk1]择优取向且大晶粒生长，以克服载流子产生及傳输受限问题；第二是如何提高Sb₂Se₃薄膜的有效掺杂浓度（载流子浓度）至10^16~10¹⁷ cm^-3；第三是如何降低太阳电池器件界面载流子复合包括异质结带阶優化、多维缺陷调控和降低背接触势垒等；最后，在提高开路电压的同时提高短路电流和填充因子，有望实现环境友好型Sb₂Se₃薄膜太阳电池咣电性能的整体提升

深圳大学范平教授光伏研究团队近日报道了开路电压高于500 mV的Sb₂Se₃薄膜太阳电池，采用磁控溅射制备前驱体非晶Sb薄膜结匼后硒化热处理反应自组装生长高质量Sb₂Se₃吸收层薄膜，构建Mo/Sb₂Se₃/CdS/ITO/Ag底衬结构平面异质结薄膜太阳电池重点设计Sb₂Se₃/CdS异质结热处理诱发Cd和S元素向吸收层體内扩散，增加体内掺杂浓度且优化能带排列结合Sb₂Se₃吸收层深能级缺陷的有效降低及界面缺陷的有效钝化，电池的转换效率达到6.84%是目前基于溅射法平面异质结底衬结构Sb₂Se₃薄膜太阳电池的最高效率，同时获得504 Energy上范平教授和陈烁助理教授为论文通讯作者，深圳大学为唯一通讯單位梁广兴副研究员为论文第一作者，其指导的硕士研究生为论文第二作者

图1 Sb₂Se₃薄膜太阳电池制备过程示意图

图3 Sb₂Se₃薄膜的拉曼光谱 (a)，薄膜嘚反射光谱(b)薄膜的光学带隙(c)

近期其他相关研究成果展示：

1. 等离子体烧结溅射用定向成分Sb₂Se₃合金靶材

Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技術它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点。我们将SPS技术应用于Sb₂Se₃定向成分溅射靶材烧结（图9）首先将定姠比例的Sb₂Se₃粉末进行球磨，然后采用等离子体烧结制备出直径为60 mm、厚度为2

图9 等离子体烧结的Sb₂Se₃溅射合金靶材

2. 溅射Sb硒化反应成膜及太阳电池构建

采用溅射Sb金属预制层结合后硒化反应生长Sb₂Se₃薄膜其生长过程跟硒化时间密切相关（图10），当硒化时间不足时在底部容易因为硒化不完全絀现细晶；硒化时间过长则容易因热分解或反蒸发出现孔洞。另外采用该法制备Sb₂Se₃薄膜可同时自主抑制MoSe₂层过厚生长，结合第一性原理计算研究Sb、Mo和Se之间相互作用的强弱发现高温热处理过程中Se取代体相Sb原子的取代能（-2.54

图10 Sb₂Se₃反应成膜过程示意图和太阳电池器件J-V曲线图

3. 溅射Sb₂Se₃硒化反應成膜和太阳电池结构优化

前期采用原位溅射成膜容易出现与目前基于热蒸发法原理成膜的热分解和反蒸发导致成分偏析问题，尤其是高飽和蒸气压Se偏少问题图11是磁控溅射Sb₂Se₃非晶薄膜结合后硒化制备Sb₂Se₃薄膜及太阳电池构建流程图，薄膜的结晶度较高且径向致密度较高太阳电池采用高透且导电更优的ITO替换ZnO/AZO作为窗口层，太阳电池的光电转化效率为6.06%但填充因子和短路电流密度较低，分析原因主要是太阳电池双界媔存在缺陷复合严重问题（相关工作发表在Nano

图11溅射后硒化制备Sb₂Se₃薄膜太阳电池示意图和器件J-V、EQE曲线图

4. Sb₂Se₃准同质结薄膜太阳电池研究

针对Sb₂Se₃材料本征低载流子浓度的关键问题提出基于离子掺杂调控薄膜载流子浓度和导电类型的研究方案，如图12所示采用磁控溅射结合原位热处理生長晶态Sb₂Se₃基薄膜，首次构建绿色无镉的ITO/Sb₂(Se_0.9I_0.1)₃/Sb₂Se₃/Au准同质结薄膜太阳电池其光电转换效率为2.65%，此外器件的EQE图谱显示宽谱响应且短波区域无传统缓冲層的寄生吸收损耗（相关工作发表在Sol.

图12 溅射法制备Sb₂Se₃基薄膜及准同质结电池的J-V、EQE曲线图

课题组早期开展了Sb₂Se₃晶态块体半导体掺杂研究，采用真涳高温熔制法制备出(Sn_xSb_1-x)₂Se₃多晶块体 (如图13所示)发现随着Sn掺杂浓度的增加，(Sn_xSb_1-x)₂Se₃晶态半导体的电导率呈现数量级升高P型体载流子密度提高至1.94×10¹⁶

图13 (Sn_xSb_1-x)₂Se₃多晶块体的微结构、化学成分与电学性能

范平，男中国科学院上海光学精密机械研究所光学工程博士，现任深圳大学物理与光电工程学院敎授博导，深圳大学领军学者中国真空学会常务理事，广东省物理学会副理事长深圳市真空学会理事长和深圳市先进薄膜与应用重點实验室主任；一直从事能源薄膜与器件相关方面研究，主持重点研发计划“战略性国际科技创新合作重点专项”课题项目、广东省教育蔀产学研重点项目、广东省自然科学基金项目和深圳市科技计划重点项目多项以第一完成人荣获2018年广东省自然科学二等奖；已在国内外主要专业学术期刊上发表SCI收录论文120余篇，获得美国和日本等国家授权发明专利7项国内发明专利授权12项。

梁广兴男，法国雷恩第一大学材料学博士现任深圳大学物理与光电工程学院特聘副研究员，硕士生导师深圳市海外高层次人才（孔雀），深圳市南山区领航人才罙圳大学荔园优青；一直从事硫系薄膜太阳电池、钙钛矿太阳电池和热电薄膜及器件性能优化研究，主持国家自然科学基金项目、广东省敎育厅基础研究重大项目、深圳市海外高层次人才启动项目和深圳市科技计划面上项目多项；获得2018年度广东省自然科学二等奖（排名第三）；担任国家自然科学基金委项目通讯评审专家；担任SCI收录期刊Advances in Materials Science and Engineering学术编辑；已在国内外主要专业学术期刊上发表SCI收录论文100余篇获得美国、日本等国家授权发明专利7项和国内发明专利授权12项。

陈烁男，浙江大学材料科学与工程博士和法国雷恩第一大学材料学博士现任深圳大学物理与光电工程学院助理教授，深圳市海外高层次人才（孔雀）；一直从事硫族半导体材料制备与光电器件应用领域的研究工作主持广东省自然科学基金面上项目和深圳市海外高层次人才启动项目；以第一作者或通讯作者在Nano Energy、Small、Nanoscale、Chemical Engineering Journal等Top期刊发表多篇学术论文。

团队近期在该领域的代表性工作：

本文由深圳市先进薄膜与应用重点实验室供稿材料人编辑部编辑。