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锑硫化物（Sb2S3）的铜掺杂：制备、特性及光伏应用
摘要： Sb2S3太阳能电池在功率转换效率（PCE）方面落后于硅太阳能电池和碲化镉太阳能电池等传统薄膜太阳能电池。最突出的问题之一是Sb2S3的载流子浓度相对较低。为了提高载流子浓度，我们通过射频磁控溅射法将元素铜掺杂到Sb2S3薄膜中。实验证明铜已掺入Sb2S3薄膜，并主要以铜硫属化合物形式锚定在Sb2S3表面及晶界处与硫结合。铜掺杂显著改变了射频溅射Sb2S3薄膜的物理和电学特性，包括光学带隙、结晶度、化学成分、形貌及载流子浓度。特别是经过精准铜掺杂后，电子载流子浓度从6.28×10?显著提升至6.06×101? cm?3，费米能级也明显上移?；谏淦到ι渫粼覵b2S3吸收体的平面太阳能电池实现了1.13%的PCE提升，并展现出良好稳定性。本研究表明铜掺杂是改善Sb2S3薄膜电子特性和提升Sb2S3太阳能电池性能的有效替代方案。
关键词： 射频磁控溅射、铜掺杂、光伏应用、载流子浓度、Sb2S3太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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本征缺陷对电导率的限制及克服Sb?S?基太阳能电池效率瓶颈的两步p型掺杂策略
摘要： 自2014年实现7.5%的最高效率[《先进功能材料》24卷3587页]以来，基于Sb2S3的太阳能电池光伏效率提升已停滞五年。一个重要瓶颈在于Sb2S3的高电阻率。我们的第一性原理计算表明，这种高电阻率源于本征施主缺陷VS与具有相当高浓度（低形成能）的受主缺陷VSb、SbS、SSb之间的补偿效应。该补偿效应也限制了通过直接外源掺杂提升导电性的可能。对氧掺杂的进一步计算显示，OS具有低形成能，因此主导性本征施主VS可被氧钝化，从而突破VS造成的p型掺杂限制。同时，在富硫条件下其他限制p型导电及作为复合中心的施主缺陷能被抑制，这解释了为何在硫化处理后氧掺杂Sb2S3实现了最高效率。鉴于氧掺杂与硫化处理的意外增效作用，我们提出两步掺杂策略以突破效率瓶颈：(i)利用氧钝化VS并通过富硫条件抑制其他有害缺陷，使p型掺杂可行并延长少数载流子寿命；(ii)引入其他p型掺杂剂以提高空穴载流子浓度。
关键词： 第一性原理，光伏，O掺杂，Sb2S3太阳能电池，点缺陷
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过SbCl3界面层表面钝化处理，实现了开路电压0.7V、转换效率达6.9%的溶液法制备Sb2S3平面薄膜太阳能电池
摘要： Sb2S3薄膜太阳能电池中的界面会显著影响其开路电压(VOC)和光电转换效率(PCE)。寻找有效降低缺陷的方法是提升VOC和PCE的重要途径。本文报道采用无机盐SbCl3对Sb2S3薄膜进行后处理以实现表面钝化。研究发现，在Sb2S3表面形成的薄层SbCl3能通过减少缺陷并抑制非辐射复合来制备更高效率的电池。密度泛函理论计算表明，SbCl3分子中的Sb和Cl分别与Sb2S3中的S和Sb相互作用，从而实现对Sb2S3表面的钝化。这种SbCl3层的引入使开路电压从0.58 V显著提升至0.72 V；在0.1 cm2面积上获得平均PCE 6.9%和最高PCE 7.1%。该PCE值是目前Sb2S3平面太阳能电池中的最高纪录。此外，SbCl3层的引入还赋予器件良好稳定性，在室温常湿环境(85-5%相对湿度)下储存1080小时后仍保持90%的初始性能。
关键词： 高效、高压、Sb2S3太阳能电池，SbCl3，钝化
更新于2025-09-12 10:27:22