Революция в солнечных батареях: рекордная эффективность Sb₂S₃

Исследовательская группа под руководством профессоров Ван Минтая и Чэнь Чунга из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук разработала солнечный элемент на основе трисульфида сурьмы (Sb₂S₃) с рекордной эффективностью преобразования 8,21%. Это достижение устанавливает новый ориентир производительности для данного типа солнечных элементов.

Sb₂S₃ привлекает все большее внимание как перспективный светопоглощающий материал благодаря своей доступности, нетоксичности и благоприятным оптоэлектронным свойствам. Однако устройства, изготовленные методами нанесения из растворов, как правило, страдают от высокой плотности дефектов и несоответствия интерфейсов, что ограничивает перенос носителей заряда и снижает эффективность фотоэлектрического преобразования до 6–7%.

Для решения этих проблем исследователи предложили стратегию полноразмерной пассивации дефектов с использованием проникающего эффекта деградирующего иодида фенэтиламмония (PEAI) в аморфных пленках Sb₂S₃. Предварительная обработка аморфных пленок Sb₂S₃ с помощью PEAI обеспечивает кристаллизацию с ориентацией [hk1], полноразмерную пассивацию дефектов (объемных и на интерфейсах), а также реконструкцию энергетических уровней на двойном интерфейсе за счет связей Cd-I и Sb-I. PEAI снижает поверхностную энергию CdS и преимущественно адсорбируется на плоскостях Sb₂S₃ (211), способствуя ориентации [hk1] и улучшая перенос носителей заряда.

Более того, проникший PEAI увеличивает время жизни носителей заряда в 3,7 раза, что подтверждает эффективное подавление дефектов. В результате исследователям удалось создать солнечный элемент с гетеропереходом в объеме Sb₂S₃ с эффективностью преобразования 8,21%, что является самым высоким показателем, зарегистрированным на сегодняшний день. Эта работа устанавливает новый стандарт производительности для солнечных элементов Sb₂S₃ и предлагает ценные идеи для разработки высокоэффективных тонкопленочных солнечных элементов следующего поколения.