深圳大學物理與光電工程學院范平教授團隊梁廣興研究員課題組近期在國際材料和應用物理領域頂級期刊Advanced Energy Materials（影響因子：29.698）、InfoMat（影響因子：24.798）和Advanced Functional Materials（影響因子：19.924）上發表關于全無機硫系薄膜用于太陽電池、光水解制氫和光電探測器的最新研究成果。
鋅黃錫礦半導體Cu2ZnSn(SxSe1-x)4（CZTSSe）因其廉價無毒的元素組成以及具有大于32%的理論光電轉換效率成為很有前途的薄膜光伏材料之一。近年來CZTSSe薄膜太陽電池的效率不斷攀升，但仍遠低于其理論值，這主要歸因于較大的開路電壓虧損。本文采用非真空綠色環保的溶膠凝膠法結合硒化熱處理生長CZTSSe薄膜，深入剖析硒化反應機理，首次闡明了抑制錫損失的蒸氣成分（氣態SnSe3）以及SnSe3促進CZTSSe形成路徑；并在SnS和SnSe2粉末以及Se粒結合的硒化條件下獲得了高結晶度且成分可控的光吸收層CZTSSe薄膜，其后構建CZTSSe薄膜太陽電池進行物理分析，研究表明，高結晶質量的吸收層薄膜使得晶界處的能帶彎曲程度最優以及有效抑制了界面復合。此外，CuZn和CuSn反位缺陷濃度顯著降低，開路電壓從508 mV提高到546 mV，最終獲得在空氣環境中制備CZTSSe薄膜太陽電池的最高光電轉換效率12.89%。相關研究成果發表在Advanced Energy Materials (2023)2300521（影響因子：29.698），梁廣興和蘇正華為通訊作者，其指導的碩士研究生于紫軒為第一作者，深圳大學為唯一通訊單位。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202300521
基于CZTSSe薄膜優異的光電性能，構建出Glass/Mo/CZTSSe/CdS/TiO2/Pt薄膜光電陰極實現太陽光水解制備“綠氫”；通過協同光吸收層薄膜和異質結界面性能優化，顯著地抑制界面非輻射復合損失，從而提升電荷的分離和轉移效率，將CZTSSe薄膜光電陰極的光電流密度提升至目前已報道的最高值40.40 mA cm?2,接近其理論光電流密度值42.85 mAcm?2；同時，獲得6.47%的半電池太陽能-氫能轉化效率。相關研究成果發表在Advanced Energy Materials (2023) 2300215上（影響因子：29.698），梁廣興為論文第一作者，其指導的碩士研究生李志東為第二作者，陳爍為通訊作者，深圳大學為唯一通訊單位。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202300215
Sb2Se3在新型高效低成本薄膜光電探測器研究領域引起廣泛關注，主要由于以下優勢：（1）一維晶體結構，探測器像素之間無橫向串擾：Sb2Se3具有一維晶體結構（c方向為共價鍵，a和b方向為弱范德華力相互作用），強各向異性促使載流子沿著[Sb4Sb6]n鏈有效地運輸，在鏈間則以hopping形式傳輸，利于消除探測器橫向串擾；（2）缺陷存在互補償：Sb2Se3天然存在VSb、VSe等點缺陷，對應的缺陷深度為0.4~0.7 eV，有望利用缺陷吸光進行非本征探測將探測波段拓寬至2000 nm；（3）Sb2Se3具有較低的結晶溫度(133°C)，相應探測器與CMOS工藝高度兼容。本文采用濺射硒化法制備了[hk1]擇優取向生長的Sb2Se3薄膜，構建優異的Sb2Se3/CdS平面異質結光電探測器。為了進一步提升器件性能，利用Al3+摻雜CdS緩沖層，降低界面缺陷密度和體缺陷密度、增加耗盡層寬度以及優化p-n結界面能帶排列，進一步降低器件的載流子復合，提升載流子輸運能力。基于此，該薄膜光電探測器能夠實現無外加偏壓自驅動工作，響應度提升至0.9 A/W、探測度達到4.78×1012Jones、開關比高達106、線性動態范圍高達120 dB、響應速度首次達到ns量級（響應時間24 ns和恢復時間75 ns）。相關研究成果發表在InfoMat (2023) e12400上（影響因子：24.798），陳爍為論文第一作者，其指導的碩士研究生付毅為第二作者，梁廣興為通訊作者，深圳大學為唯一通訊單位。
文章鏈接：http://doi.org/10.1002/inf2.12400
課題組提出了一種異質結界面優化策略，通過在CdS緩沖層中引入Al3+離子并進行熱處理，Sb2Se3/CdS:Al異質結的能帶排列可有效地由“懸崖狀”結構轉變為理想的“長釘狀”結構，從而降低異質結界面缺陷濃度，抑制載流子非輻射復合，提高太陽電池性能；最后總結分析Sb2Se3薄膜太陽電池載流子動力學優化機制對太陽電池效率進一步提升具有重要意義。相關研究成果發表在Advanced Functional Materials (2023) 2213941（影響因子：19.924），梁廣興和陳爍為論文通訊作者，其指導的聯合培養博士研究生羅燕娣為第一作者，深圳大學為唯一通訊單位。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202213941
項目支持：國家自然科學基金面上項目，國家自然科學基金青年項目，廣東省教育廳重大科研項目，廣東省自然科學基金面上項目，深圳市重點項目和深圳大學荔園優青項目（1期和2期）支持。
