锑硒硫化物（Sb₂(S,Se)₃）是一种具有优异光电性质的半导体材料，因其一维晶体结构和可调节的带隙范围（1.1 eV至1.7 eV）而被广泛应用于太阳能电池等光伏领域。与传统的硅基太阳能电池相比，Sb₂(S,Se)₃太阳能电池具有成本低、环境友好及兼容多种制备工艺的优势，且其光吸收特性适合实现高效能量转换。
然而，Sb₂(S,Se)₃太阳能电池目前仍面临载流子损失严重、吸收层薄且难以高效利用光能、以及界面缺陷和非辐射复合等问题，这些问题限制了其光电转换效率的提升，成为实现高性能器件的重大挑战。
为了解决这一问题，南开大学张毅团队、中国科学院大连化学物理研究所刘生忠研究员和中国科学技术大学陈涛课题组携手在Nature Energy期刊上发表了题为“Carrier management through electrode and electron-selective layer engineering for 10.70% efficiency antimony selenosulfide solar cells”的最新论文。
该团队创新性地采用了具有高度纹理结构的掺氟氧化锡（T-FTO）作为前电极基底，以增强光在吸收层中的散射和光程，从而最大化载流子生成。此外，针对纹理基底引入的空隙和漏电通道问题，研究人员在T-FTO与CdS缓冲层之间通过原子层沉积技术引入了一层超薄SnO₂层，实现了CdS的共形沉积，优化了Sb₂(S,Se)₃吸收层的能带结构，显著改善了载流子的传输效率和减少了界面与体相的非辐射复合。
利用这一电子选择性结构和载流子管理策略，该团队成功将Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的认证效率提升至10.70%，同时器件表现出优异的稳定性，800小时最大功率点测试效率保持95%以上。该方法不仅适用于硒代硫代钠体系的Sb₂(S,Se)₃材料，还在硒脲体系及大面积1 cm²器件中得到了验证，展现出良好的通用性和推广潜力。此项研究为突破锑基太阳能电池效率瓶颈提供了有效路径，推动了高效环保光伏技术的发展。
图1. 基底的光电与结构特性。
图2. 埋层界面电子显微镜表征结果。
图3. 太阳能电池特性分析。
图4. 缺陷与载流子传输分析。
本文通过引入纹理掺氟氧化锡（T-FTO）基底和在界面沉积薄层SnO₂，实现了对Sb₂(S,Se)₃太阳能电池载流子管理的系统优化，揭示了前电极微结构对光散射和载流子生成的关键影响。同时，通过构建电子选择性埋层界面，成功解决了纹理基底带来的空隙和漏电通道问题，有效降低了载流子复合损失，提高了载流子传输效率。这一创新策略不仅提升了器件效率和稳定性，也拓展了制备工艺的适用范围，展示了方法的通用性和可扩展性。
该研究强调了界面工程与光学设计协同作用在提升薄膜太阳能电池性能中的重要性，为解决低维吸收层厚度受限导致的光吸收不足问题提供了有效路径。此外，实验结果表明，合理设计的界面缓冲层对载流子动力学调控具有决定性作用，推动了高效锑基光伏器件的产业化进程。这些科学启示为未来开发高性能、多功能的薄膜光伏器件奠定了理论基础和技术支撑，对相关半导体材料和光电器件的设计具有重要指导意义。
Dong, J., Gao, Q., Wu, L. et al. Carrier management through electrode and electron-selective layer engineering for 10.70% efficiency antimony selenosulfide solar cells. Nat Energy (2025). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01792-y