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陈涛教授课题组在硫化锑缺陷性质研究中取得进展

发布者:高海英发布时间(jian):2020-06-09浏览次数:10

近日,我系陈涛教授团队研究了硫化锑 (Sb2S3) 薄膜中深能级缺陷态性质,建立了低维材料硫化锑深能级缺陷与其结构及化学计量比之间的依赖关系,揭示了低维材料独特的缺陷机制,从而为调控该类材料的性质、为制备高质量的太阳能电池薄膜材料提供了新的思路。该成果以“Revealing composition and structure dependent deep-level defect in antimony trisulfide photovoltaics”为题于2021年5月31日发表在Nature communications (2021,12:3260).

硫(liu)化锑(ti)是(shi)一(yi)种新(xin)兴的(de)(de)光(guang)伏材(cai)(cai)料,其禁带宽度(du)(du)为(wei)1.7eV,非常适合(he)做叠层太阳能(neng)电(dian)池的(de)(de)顶电(dian)池光(guang)吸收材(cai)(cai)料。另外,硫(liu)化锑(ti)具有独特的(de)(de)准一(yi)维(wei)晶(jing)体结构(gou),基于(yu)硫(liu)化锑(ti)薄膜(mo)材(cai)(cai)料有望大(da)幅度(du)(du)减(jian)少(shao)悬(xuan)挂(gua)键(jian)的(de)(de)存在,从(cong)而可(ke)以减(jian)少(shao)表界面复合(he)。在太阳能(neng)电(dian)池器件(jian)的(de)(de)应用(yong)方(fang)面,缺(que)(que)陷性(xing)质是(shi)提(ti)(ti)高器件(jian)光(guang)电(dian)性(xing)能(neng)的(de)(de)关键(jian)问题之(zhi)一(yi)。作为(wei)一(yi)种新(xin)兴光(guang)伏材(cai)(cai)料,在理(li)论上进行了深(shen)入的(de)(de)研究(jiu),然而仍缺(que)(que)乏实验角度(du)(du)阐(chan)释(shi)硫(liu)化锑(ti)深(shen)能(neng)级缺(que)(que)陷的(de)(de)形成与组分、结构(gou)之(zhi)间的(de)(de)关系。这对(dui)人们深(shen)入理(li)解硫(liu)化锑(ti)深(shen)能(neng)级缺(que)(que)陷的(de)(de)形成机制及其对(dui)载流子(zi)输(shu)运(yun)的(de)(de)影(ying)响规律、器件(jian)效(xiao)率的(de)(de)提(ti)(ti)升造成了阻(zu)碍。

该工(gong)作通过真空气相(xiang)法调(diao)控了(le)薄膜元素(su)组分,制备出(chu)富锑和(he)富硫的(de)硫化(hua)锑薄膜。研究通过多(duo)种元素(su)和(he)结(jie)构(gou)表征(zheng)手(shou)段(duan)证实了(le)材料的(de)纯度,这(zhei)对(dui)于(yu)缺(que)陷性质(zhi)(zhi)的(de)分析非常(chang)重要。然后(hou),基于(yu)深能级瞬态(tai)谱技术,对(dui)两类硫化(hua)锑薄膜材料的(de)缺(que)陷性质(zhi)(zhi)进行(xing)了(le)细致(zhi)的(de)表征(zheng)。发现(xian)硫化(hua)锑中阴(yin)阳离子的(de)反位(wei)缺(que)陷是该材料的(de)主要缺(que)陷形式,并表现(xian)出(chu)显著(zhu)的(de)阴(yin)阳离子化(hua)学计(ji)量比的(de)依赖关系。相(xiang)比于(yu)富锑的(de)Sb2S3太(tai)阳能电(dian)池,富硫(liu)的(de)(de)(de)硫(liu)化锑薄膜(mo)材料(liao)深能级缺陷种类少,浓度低,捕获截面小,对载(zai)流(liu)子寿命危害较轻,更有利于提(ti)高器件的(de)(de)(de)性(xing)能。同时,因其一(yi)维结构的(de)(de)(de)特点,该材料(liao)也(ye)显示出对间(jian)隙缺陷的(de)(de)(de)包容性(xing),在间(jian)隙的(de)(de)(de)位置引入杂质并不会降低载(zai)流(liu)子的(de)(de)(de)寿命,从而为(wei)调控(kong)该材料(liao)的(de)(de)(de)性(xing)能提(ti)供了一(yi)个新的(de)(de)(de)思路。

论文的第(di)一作者是中国(guo)科学(xue)技(ji)术大学(xue)化学(xue)与(yu)材料(liao)(liao)科学(xue)学(xue)院博士生连(lian)伟涛,通(tong)讯作者为中国(guo)科学(xue)技(ji)术大学(xue)化学(xue)与(yu)材料(liao)(liao)科学(xue)学(xue)院陈(chen)涛教授(shou)。

该(gai)项研究得到(dao)了国家(jia)自(zi)然科学基金委、科技部(bu)、合肥(fei)微(wei)尺度(du)物质科学国家(jia)



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