近日，我院先进微纳器件与能源电子实验室提出了硒硫化锑&硫化锑薄膜能带结构调控及缺陷钝化的新策略，分别构筑了高质量的硒硫化锑&硫化锑半导体异质结及高效光电转换器件。相关研究成果以“Aqueous Selenium Ion Engineering: A Universal Strategy to Reverse Gradient Limitations in Sb₂(S,Se)₃ Photovoltaics for Enhanced Carrier Dynamics and Performance”和“Full-Dimensional Penetration Strategy with Degradable PEAl Enables 8.21% Efficiency in Bulk Heterojunction Sb₂S₃ Solar Cells”为题分别发表在国际著名学术期刊《Advanced Functional Materials》和《Advanced Energy Materials》上。

图1.  Sb₂(S,Se)₃半导体薄膜缺陷钝化、调控机制和器件效率

1）溶液法制备的Sb₂(S,Se)₃薄膜普遍面临能带结构失调与缺陷浓度较高问题，阻碍了光生载流子的有效传输与分离。传统的后硒化方法，特别是高温硒蒸气处理（>400 °C），在同时调控硒化动力学和缺陷钝化方面存在固有的局限性，往往导致硒元素掺入不均匀，且容易通过界面空隙的形成损害薄膜的完整性。为了克服这些根本性限制，我们开发了一种新颖的离子工程范式——水相硒离子处理（ASIT）策略——该策略通过室温离子扩散协同调控能带结构和缺陷态分布，且不损伤Sb₂(S,Se)₃半导体薄膜的结构完整性。离子扩散调控的Sb₂(S,Se)₃光电子器件实现了10.38%的光电转换效率，并具备0.694 V的高开路电压（V_oc）——这是目前效率超过10.0%的Sb₂(S,Se)₃光伏器件中所报道的最高V_oc值。本工作构建了一种通用的低温离子工程范式，为金属硫族化物光电子器件效率提升和机理认识开辟了新途径。微电子学院陈俊伟&许俊教授、中国科学院合肥物质科学研究院陈冲研究员、中国科学技术大学陈涛教授为论文共同通讯作者。

图2.  PEAI钝化Sb₂S₃晶体缺陷、能带偏转和器件效率

2) Sb₂S₃作为极具潜力的低成本光伏薄膜，其实际应用中却存在诸多缺陷：各向异性载流子传输、界面能级失配等问题。我们提出了一种渗透可降解的全维度钝化策略，通过苯乙基碘化铵（PEAI）协同解决上述问题。PEAI预处理非晶态Sb₂S₃薄膜可实现[hkl,l0]取向结晶、全维度缺陷钝化（体相与界面）及双界面（电子抽取界面与空穴抽取界面）能级重构。最终制备的体异质结（BHJ）光电转换器件实现8.21%的效率，创下Sb₂S₃ BHJ器件的最高纪录。该研究构建了四重调控范式（缺陷钝化、取向调控、能级优化与结构设计），为高效可持续光电转换器件发展提供了通用解决方案。微电子学院陈俊伟副教授、中国科学院合肥物质科学研究院王命泰&陈冲研究员为论文共同通讯作者。

上述研究工作依托了合肥工业大学分析测试中心电镜平台，得到了安徽省自然科学基金、国家自然科学基金、微电子学院特别资助等项目的资助。在此，特别感谢合肥工业大学分析测试中心李翔老师在半导体异质结HRTEM测试和表征等方面给予的支持和帮助。

文章链接: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512587

文章链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502805

（高晨龙 文/图 刘梅 张发宇 审核）