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基于高纯度Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>吸光层的原子层沉积法调控光伏器件的界面化学与电子特性

DOI：10.1021/acsaem.9b01721 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 薄膜光伏技术中氧化物与较重金属硫族化合物层的结合存在局限性，这些局限性与硫族化合物层中的氧掺杂、硫缺失或化学不相容性有关，会导致界面润湿性问题和缺陷态的产生。本研究确立原子层沉积（ALD）技术为克服这些局限性的手段。ALD能制备高纯度Sb2S3光吸收层，我们利用该技术生成1.5纳米厚的ZnS界面层。这个超薄层同时解决了润湿性问题并钝化了界面缺陷态。通过瞬态吸收光谱证明：经ZnS工程化处理的界面，其电子复合速率比Sb2S3/P3HT界面的空穴复合速率慢一个数量级。通过对比含/不含氧化物掺杂的Sb2S3、含/不含超薄ZnS中间层以及系统改变Sb2S3厚度的太阳能电池，我们完整揭示了器件中发挥作用的物理过程。
作者： Dirk Do?hler，Alina Manshina，Craig Pointer，Stefan Flege，Julien Bachmann
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

将阳光转化为通用能源的前景要求太阳能电池必须采用基于地壳丰富元素的稳定、可持续且无毒的半导体材料来制造。对于薄膜p-n或p-i-n光伏器件中的光吸收层而言，在保持良好性能的同时满足这些要求尤为困难。

研究成果

通过原子层沉积技术引入超?。?.5纳米）硫化锌层，不仅减少了无氧化物硫化锑在退火过程中产生的不利润湿现象，还钝化了界面处的表面缺陷?；诟昧蚧?硫化锑材料体系的太阳能电池性能，不仅优于含氧同类器件，更比不含硫化锌的装置高出约60%。系统瞬态吸收光谱研究表明，硫化锑/聚噻吩界面处的复合过程是限制性能的关键因素。

研究不足

该研究聚焦于薄膜光伏中氧化物与较重硫族化合物层的结合，旨在解决氧掺杂和硫缺乏等局限性问题。研究范围仅限于所述材料与方法，潜在优化方向包括界面工程及Sb2S3层厚度调控。

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