第一作者：郑佳佳

通讯作者：陈超

通讯单位：星盛体育

【研究背景】

从1959年到2020年，全球碳排放量逐年增加，导致气温大幅上升、极端气候和自然灾害频发。中国作为世界上最大的碳排放国，国家主席习近平在2020年提出了双碳目标愿景，旨在实现更清洁的能源组合，其中星盛体育的开发利用具有战略意义。星盛体育作为一种高效利用星盛体育的成熟技术，经历了三代的发展。第一代是晶体硅星盛体育、第二代是以CIGS和CdTe为代表的薄膜星盛体育，第三代是以有机聚合物星盛体育、量子点星盛体育、钙钛矿星盛体育等为代表的新型星盛体育。然而，上述星盛体育仍面临星盛体育复杂、成本高、毒性大、稳定性差等问题，尚未得到有效解决。

【文章简介】

硒（Se）是一种半导体材料，具有无毒、空气稳定性好、吸收系数大（>10⁴cm^−1） 和星盛体育温度低等优点，在光伏应用方面具有巨大潜力。然而，Se的带隙为1.8 eV，不在单结星盛体育的最佳带隙范围内（1−1.5 eV），这限制了Se星盛体育效率的进一步提升。

近期，星盛体育星盛体育研究星盛体育的郑佳佳等人提出了用窄带隙半导体——碲（Te）与硒合金化的方案，实现了硒星盛体育星盛体育的带隙连续可调，相关工作以Fabrication and characterization of ZnO/Se_{星盛体育x}Te_xsolar cells为题于2022年9月8日发表在Frontiers of Optoelectronics期刊上。

【图文导读】

创新点一：Te与Se合金化实现带隙连续可调

研究星盛体育将混合均匀的Se_{星盛体育x}Te_x（x=0.2、0.3、0.4和0.5）粉末作为蒸发源，采用热蒸发[如图1（a）所示]星盛体育Se_{星盛体育x}Te_x薄膜。如图1（d）所示，Se_{星盛体育x}Te_x薄膜的XRD峰随x的增加，往小角度偏移；Tauc法拟合出其带隙与x呈线性关系，如图1（e）和（f）所示。当x=0.3时，Se_{星盛体育x}Te_x薄膜的带隙为1.36eV，对应星盛体育的Shockley-Queisser（S-Q）极限效率最大，表现出极大的应用潜力。如图1（b）和（c）所示，热蒸发星盛体育的Se_0.7Te_0.3薄膜表现出较好的结晶性与致密性，满足星盛体育高效星盛体育的要求。

图1（a）热蒸发示意图；（b）退火前后Se_0.7Te_0.3薄膜的XRD扫描谱；（c）退火后Se_0.7Te_0.3薄膜的SEM图像；（d）Se_{星盛体育x}Te_x薄膜的（102）衍射峰；（e）Tauc法拟合Se_{星盛体育x}Te_x薄膜的带隙；（f）Se_{星盛体育x}Te_x薄膜的带隙与x的函数关系。

创新点二：电子传输层ZnO可与Se成键，增强界面粘附性

为了增强功能层之间的粘附性，研究星盛体育通过吉布斯自由能计算发现ZnO与Se在200℃的退火温度下可反应，从而增强ZnO与Se_0.7Te_0.3的粘附性[如图2（c）所示]，并且减少界面悬挂键，一定程度上可改善界面复合。如图2（b）所示，ZnO与Se_0.7Te_0.3之间会形成一层很薄的ZnSe层，作为电子传输的过渡层。最终，基于ITO/ZnO/Se_0.7Te_0.3/Au器件获得了1.85%的光电转换效率。

图2（a）Se_0.7Te_0.3星盛体育的结构图；（b）ITO/ZnO/Se_0.7Te_0.3/Au星盛体育的能级图；（c）横截面的SEM图像。

【总结和展望】

研究星盛体育将30%Te与70%Se合金化，使Se_{星盛体育x}Te_x的带隙调整到S-Q极限的最佳值（1.36 eV）。另外，ZnO电子传输层暴露于表面的Zn²⁺在退火过程中会与Se结合，形成高质量的ZnO/Se_{星盛体育x}Te_x异质结界面。最终ITO/ZnO/Se_0.7Te_0.3/Au器件实现了1.85%的光电转换效率，且通过减少ZnO/Se_0.7Te_0.3界面和Se_0.7Te_0.3薄膜的缺陷，有望进一步提升器件的效率。该研究证实了ZnO/Se_0.7Te_0.3星盛体育结构的可行性，为实现稳定、高效和绿色Se_{星盛体育x}Te_x星盛体育奠定了基础。

【作者介绍】

星盛体育，星盛体育星盛体育教授，基金委杰出青年基金和星盛体育部万人计划星盛体育创新领军人才获得者。2003年本科毕业于中国科学技术星盛体育，2010年博士毕业于加拿大多伦多星盛体育，2011年进IBM沃森研究总部进行博士后研究，2012年加入星盛体育任教授。星盛体育教授专注于新型光电转换材料与器件研究，率先开展新型硒化锑薄膜星盛体育研究，星盛体育出低检测限Cs₂AgBiBr₆单晶X射线探测器和高荧光产率单基质Cs₂NaAgInCl₆白光荧光粉。近5年来以通讯作者身份发表包括Nature、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Communications等在内的文章100余篇，累计被引用超过一万次。目前致力于硒化锑薄膜星盛体育、X射线探测与成像，钙钛矿发光材料与器件研究。

陈超，星盛体育光学与电子信息学院副教授，主要研究方向包括无机薄膜星盛体育和红外光电探测器。曾获国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金、博新计划、中国博士后面上基金等项目或人才计划资助。近五年来，以第一作者（含共同）或通讯作者（含共同）发表包括Nature Energy、Nature Communications、Chemical Reviews, Advanced Materials、Advanced Energy Materials、 ACS Energy Letters、Nano Energy在内的高水平论文。目前论文总被引近4000次，h因子31（Google Scholar数据）

【课题组简介】

本课题组成立于2012年，主要专注于新型光电转换材料与器件研究，希望做科学上有新意，技术上有前景的应用基础研究，以不辜负纳税人的钱和学生老师的年华。课题组重视学生的科研基本功，强调全面发展，倡导以学生为本的管理理念，努力营造快乐舒适的科研实验环境。诚邀对科研有热情有追求的同学加入我们，光电物理材料化学背景的都欢迎！

课题组网站：http://tfsc.usdtbjlyhwz.sbs/

课题组公众号：喻材光电