丁建宁团队在硒化锑太阳电池异质结界面调控领域取得重要进展

  近日，常州大学材料科学与工程学院、微电子与控制工程学院和扬州大学碳中和技术研究院在新型薄膜太阳能电池研究领域取得重要进展。相关研究成果以“Buffer-Layer Cation Substitution Engineering for Lattice Strain Relief-Induced Carrier Dynamics Modulation in High-Efficiency Antimony Selenide Solar Cells”(缓冲层阳离子替换工程用于晶格应变释放及载流子动力学调控的高效硒化锑太阳能电池)为题，发表于《Small》学术期刊。

常州大学为该论文的第一完成单位，材料科学与工程学院硕士研究生容蓉为第一作者，郭华飞博士、张帅教授和袁宁一教授为共同通讯作者。

研究突破：聚焦界面晶格应变，提升电池效率

硒化锑(Sb₂Se₃)太阳能电池因其优异的光电性能，在众多的薄膜太阳能电池中脱颖而出。然而，其效率受限于严重的非辐射复合损失。长期以来，相关研究多集中于晶格取向、缺陷钝化及界面能级匹配等方面，而界面晶格应变对薄膜生长和载流子行为的影响则较少被关注。

针对这一关键科学问题，研究团队创新性地提出了一种钴离子(Co²⁺)掺杂硫化镉(CdS)缓冲层策略。研究发现，Co²⁺离子部分取代CdS晶格中的Cd²⁺位点，由于离子半径更小，引起CdS晶格收缩，从而有效降低了CdS与Sb₂Se₃界面的晶格失配度，显著释放了Sb₂Se₃薄膜内部的晶格拉伸应变。

协同效应：优化结晶与界面，效率提升16.4%

进一步的实验与理论计算表明，Co²⁺的引入不仅改善了Sb₂Se₃薄膜的结晶质量和择优取向，抑制了缺陷形成，同时增强了异质结界面的电荷转移能力。通过密度泛函理论(DFT)计算与多种先进表征手段，团队证实了Co²⁺掺杂对界面能带结构和载流子动力学的协同优化作用。

得益于晶格应变的有效释放与界面载流子传输的显著增强，团队制备的优化器件最终实现了9.44%的光电转换效率，相较于未掺杂的对照组器件(8.11%)，效率提升了16.4%。这一成果为硒化锑太阳能电池性能提供了全新的思路。