麦耀华CEJ: 表面活性剂促进水热异质沉积制备高效硫化锑薄膜太阳电池

水热法沉积硫化锑（Sb2S3）薄膜的反应中存在着同质反应和异质反应的相互竞争，同质反应生成的Sb2S3团簇分子会对衬底上由离子吸附主导的异质反应造成干扰。

暨南大学麦耀华、沈凯等人通过在水热体系中引入离子添加剂十二烷基硫酸钠（SDS）来促进基底表面的异质成核生长。SDS添加剂降低了硫化镉（CdS）基底的水接触角，使得异质成核的吉布斯自由能减小，并改善了Sb2S3薄膜的形貌和电学性质。

基于SDS优化的Sb2S3薄膜太阳电池的能量转换效率达到了6.84%。此外，该电池在白光LED下表现出优异的室内光伏性能，在1000 lux照度下，电池的转换效率高达16.37%。

图1. 水热沉积中的同质反应和异质反应。(a) 沉淀物在120 ℃退火和(b) 350 ℃退火的SEM。(c) CdS/Sb2S3薄膜在未退火和 (d) 350 ℃退火的SEM。

图2. (a) CdS薄膜的水接触角，(b，c) 水热沉积后无处理的Sb2S3薄膜和350 ℃退火的Sb2S3薄膜的SEM。(d) SDS处理后的CdS薄膜水接触角，(e，f) SDS辅助水热沉积后无处理的Sb2S3薄膜和350 ℃退火的Sb2S3薄膜的SEM。

图3. (a) 添加不同SDS浓度的Sb2S3器件J–V曲线和 (b) EQE曲线。(c) 白光LED(3000 K) 辐射光谱。(d) SDS(19.2)器件在不同照度下的J–V曲线。

近年来，新型锑基硫属化合物作为光伏吸收层材料的研究发展迅速。Sb2S3具有高光吸收系数、宽带隙、低成本、低毒、稳定等特点，其直接带隙与室内光源光谱匹配良好，具有优异的弱光性能；同时合适的带隙大小也使Sb2S3可以作为多结太阳电池顶部电池的吸收层材料，具有广阔的研究和应用前景。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136474

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