王刚博士团队提出了水热沉积硫硒化锑太阳能电池光电转换新机制

 近日，信阳师范大学建筑节能材料河南省协同创新中心王刚博士团队在水热沉积硫硒化锑（Sb₂(S,Se)₃）太阳能电池的光电转换机制研究上取得了新进展，修正了传统认为的Sb₂(S,Se)₃/CdS异质结负责载流子分离的观点。相关成果以“Revisiting the Photoelectric Conversion Mechanism in Hydrothermally Deposited Sb₂(S,Se)₃ Solar Cells”为题发表在《Small》杂志上（图1；http://doi.org/10.1002/smll.73423）。信阳师范大学为该论文的第一完成单位，王刚博士和黄玉茜博士为我校通讯作者，合作通讯作者为中国科学技术大学陈涛教授，联合培养博士研究生余振为文章第一作者。

图1. “Revisiting the Photoelectric Conversion Mechanism in Hydrothermally Deposited Sb₂(S,Se)₃ Solar Cells”文章的网页截图。

 从2020年文献报道水热沉积法获得10.0%认证效率的Sb₂(S,Se)₃太阳能电池（Nat. Energy, 2020, 5, 587-595），到目前将水热沉积Sb₂(S,Se)₃太阳能电池认证效率提高到了10.70%（Nat. Energy, 2025, 10, 857-868；Nat. Energy, 2026, 11, 415-424），所有发表的工作都认为水热沉积的Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的光电转换机制，是梯度带隙的Sb₂(S,Se)₃和平直带隙的CdS负责载流子分离（图2左）。

 王刚博士团队与中科大陈涛教授在先前揭示了水热法沉积Sb₂(S,Se)₃原位硫硒化作用的基础上（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 9892-9901），新近发现CdS会因为原位硫硒化作用的硒扩散转变为Cd(S,Se)。更重要的是，利用饱和NaOH溶液精准刻蚀Sb₂(S,Se)₃后，制备的Glass/FTO/SnO₂/Cd(S,Se)/Spiro-OMeTAD/Au器件，其具有1.43 mA cm^-2的短路电流密度、0.219 V的开路电压、50.80%的填充因子和0.16%的光电转换效率；而用同样器件结构制备的CdCl₂处理后的CdS太阳能电池没有任何光电转换效率。

 Cd(S,Se)太阳能电池显著的光电转换性能，证明硒向CdS扩散形成的梯度带隙的Cd(S,Se)能够形成Cd(S,Se_poor)/Cd(S,Se_rich)同质结太阳能电池。因此，水热沉积Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的光电转换机制本质应该是Cd(S,Se_rich)和Sb₂(S,Se)₃共同形成的“V”字型带隙的吸光层与剩余Cd(S,Se_poor)形成异质结，Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的载流子分离发生在Sb₂(S,Se)₃/Cd(S,Se_rich)异质结和Cd(S,Se_poor)/Cd(S,Se_rich)同质结（图2右）。这个重要发现修正了关于水热沉积Sb₂(S,Se)₃太阳能电池光电转换机制的传统认知，为理性优化能带对准奠定了基础，更为进一步提升Sb₂(S,Se)₃太阳能电池性能扫清了在光电转换机制上的障碍。

图2. 先前发表的研究认为Sb₂(S,Se)₃/CdS异质结负责载流子分离（图2左），Sb₂(S,Se)₃太阳能电池真实的载流子分离发生在Sb₂(S,Se)₃/Cd(S,Se_rich)异质结和Cd(S,Se_poor)/Cd(S,Se_rich)同质结（图2右）。