太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司物理与光电工程学院梁广兴研究员课题组最近在国际材料和应用物理领域顶级期刊Advanced Materials（影响因子：29.698）、Susmat（影响因子：28.4）和Advanced Functional Materials（影响因子：19.0）上发表关于全无机硫系薄膜用于太阳电池和光电探测器的最新研究成果。
近年来，硒化锑(Sb2Se3)凭借原材料绿色低毒、价格低廉、一维独特结构贡献良性晶界、二元单相组成易于制备、理想带隙匹配高吸光系数、优异的载流子迁移率及介电常数等优势，在新型高效低成本薄膜太阳电池研究领域引起广泛关注。尽管Sb2Se3薄膜太阳电池在环境友好方面具有优胜之处，但和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池性能相比还有很大差距，整体表现为电池开路电压亏损偏高，这主要是由于光生载流子在电池内部的非辐射复合损失严重所导致的，本文深入研究埋层界面和异质结性能调控，剖析薄膜生长动力学且实现光吸收层取向可控生长，优化异质结能带匹配和裁剪背接触势垒，从而降低太阳电池的非辐射复合损失，提高光生载流子传输效率，最终获得目前已报道基于真空溅射法构建底衬Sb2Se3薄膜太阳电池的最高光电转换效率9.24%，属于国际领先水平，相关研究成果发表在Advanced Materials（影响因子29.698，中科院JCR一区，Top期刊）上，梁广兴研究员为论文通讯作者，其指导的博士研究生陈国杰为论文第一作者，太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司为唯一通讯单位。
硒化锑薄膜太阳电池的能带结构优化及器件性能
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202308522
锌黄锡矿半导体Cu2ZnSn(SSe)4（CZTSSe）同样是因为其元素廉价无毒以及具有大于32%的理论光电转换效率成为很有前途的新型薄膜光伏材料之一。近年来CZTSSe薄膜太阳电池的效率不断攀升，但仍远低于其理论值，这主要归因于带隙和电位明显的波动，较短的少数载流子寿命以及缺陷引起的严重载流子复合；铜铟镓硒(CIGS)的成熟经验证明双梯度带隙结构使太阳电池兼具良好的电子输运特性和较高的开路电压，然而实现双梯度带隙结构对高温硒化成膜的CZTSSe太阳电池来说极具挑战。本文通过调整前驱体薄膜中K2S层的位置和K2S溶液的浓度，可实现调控带隙最小值（缺口）的位置和深度，避免由于不合适的前梯度起始位置和不理想的带隙缺口而产生的电子屏障；晶粒生长过程中K和Se的高亲和能容易形成K2Se3等K-Se液体中间相，它们沿着薄膜内的空隙和晶界流动，不仅降低熔点加速硒化，还可作为硒源使薄膜的硒化更加充分；碱金属K的引入促进了晶粒生长过程中各元素的扩散，使吸收层更大比例的组分参与晶粒生长，从而稳定Sn含量，深能级缺陷VSn和CuSn得到抑制，最终构建出CZTSSe薄膜太阳电池光电转换效率达到13.7%，属于国际领先水平，相关研究成果发表在Advanced Functional Materials (2023)2311992（影响因子：19.0，中科院JCR一区，Top期刊），梁广兴和苏正华为通讯作者，其指导的联合培养博士生赵云海为第一作者，太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司为唯一通讯单位。
双梯度带隙结构与太阳电池性能
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202311992
工作在近红外波段（700-1400 nm）的光电探测器可广泛应用于机器视觉、生物认证、物料分拣、健康检测、安全监控等领域。硅（Si）基光电探测器具有优异的稳定性和成熟的制备工艺，已商用化于可见光探测，然而，其固有检测范围限制了近红外区域的应用。铟镓砷（InGaAs）、锑化铟（InSb）和碲镉汞（HgCdTe）可用于制备红外光电探测器，但是，它们需要贵金属源、高质量的单晶衬底和复杂的真空工艺，且通常具有较高的器件暗电流，因此主要在军事和工业上应用，在民用领域的发展受限。基于此，开发新型高性能低成本的可见-近红外光电探测器是相关领域的关键挑战之一。太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司梁广兴研究员课题组在铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜光电探测器研究方向取得重要突破。基于空气中稳定的乙二醇甲醚溶剂体系，采用溶液旋涂结合后硒化热处理生长高质量的CZTSSe光吸收层薄膜，结合CZTSSe/CdS异质结界面优化，系统调控载流子动力学，成功构建出高性能自驱动CZTSSe薄膜光电探测器。该器件具有300-1300 nm的宽光谱响应（近期已拓展至1700 nm，可覆盖三个通讯波段），响应度达到1.37 A/W，在5 nW/cm2下的探测度高达4.0 × 1014 Jones，线性动态范围（LDR）为126 dB，LDR内的最大光开关比为1.3 × 108，同时具有超快的响应速度（上升/下降时间为16 ns/85 ns），与目前商用或报道较为先进的光电二极管相比也体现出性能优势。此外，该薄膜光电探测器在极弱光探测（低至718 pW）、近红外光成像及基于光电容积描记技术（PPG）的心率监测和血氧测试等领域展现应用潜力，相关研究成果发表在SusMat（影响因子28.4-中国科技卓越行动计划-高起点新刊），梁广兴为第一作者，其指导的硕士研究生李传昊为第二作者，梁广兴和陈烁是本文通讯作者，太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司为第一通讯单位。
探测器构建与性能对比
文章链接：http://doi.org/10.1002/sus2.160
项目支持：国家自然科学基金面上项目，国家自然科学基金青年项目，广东省教育厅重大科研项目，广东省自然科学基金面上项目，深圳市重点项目和太阳成集团tyc122cc(中国)有限公司荔园优青项目支持。
