我校在锑基光电子器件研究中取得重要进展

近日，微电子学院唐荣风教授联合中国科学技术大学陈涛教授在硒化锑（Sb₂Se₃）光电转换器件研究中取得新进展。研究团队围绕Sb₂Se₃太阳电池开路电压损失严重这一关键瓶颈问题，提出了一种基于成分调控的载流子极性控制策略，在吸收层内部构建p-n同质结结构，显著增强器件内建电场并有效抑制非辐射复合，实现了器件性能的协同提升。相关成果以“Internal HomojunctionSb₂Se₃Solar Cell”为题，发表于《自然光子学》（Nature Photonics）杂志上。

Sb₂Se₃作为一种新兴的光吸收半导体材料，具有近理想带隙（1.1–1.3 eV）、高吸收系数以及优异的热稳定性和化学稳定性，被视为极具应用潜力的下一代光吸收层材料。然而，目前基于Sb₂Se₃的器件效率仍显著低于CdTe、Cu(In,Ga)Se₂等成熟技术，其核心瓶颈在于开路电压损失严重。这一问题主要源于器件内部内建电场较弱，难以提供足够的载流子分离驱动力；同时，吸收层体相及界面中存在大量深能级缺陷，导致严重的非辐射复合损失。

针对上述问题，研究团队提出成分驱动的本征掺杂策略，通过在热蒸发中调控Se与Sb化学势，实现Sb₂Se₃薄膜导电类型在n型与p型间可控转变，载流子浓度超过10¹⁴cm^-3。采用顺序沉积法构建n/p型Sb₂Se₃同质结，引入额外内建电场，拓宽耗尽区，从而增强载流子分离，降低缺陷态密度，抑制非辐射复合。结合理论计算、超快光谱与深度分辨模拟等表征，证实同质结形成内建电势梯度，加速载流子传输，将复合损失降低一个数量级以上。最终制备出效率达10.15%的Sb₂Se₃光电器件，开路电压损失仅0.459 V，达到该体系先进水平。该工作为降低Sb₂Se₃光电器件电压损失提供了新思路，也为锑基硫族化合物光电器件的性能优化与器件设计提供了重要参考。

图1.内置同质结Sb₂Se₃光电器件结构及能带示意图

图2. Sb₂Se₃吸收层中内建同质结的深度分辨表征

图3. Sb₂Se₃薄膜的DLTS缺陷分析（种类与能级）及TAS光谱表征

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01888-1

（唐荣风/文 唐荣风/图 李正星/审核）

责任编辑：刘红平