近日，我院金鑫课题组在硒硫化锑薄膜太阳能电池领域取得重要进展，相关研究工作以“Beyond Substrate Engineering: Thermal-Kinetic Control Breaks the Crystallization Bottleneck in Quasi-1D Sb₂(S,Se)₃ Photovoltaics”为题发表于材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中科院1区Top，影响因子19.0）。我院研究生张雅杰为论文第一作者，新加坡南洋理工大学Lydia Helena Wong教授、中国科学技术大学陈涛教授及合肥大学金鑫副研究员为共同通讯作者，合肥大学为第一完成单位。
硒硫化锑（Sb₂(S,Se)₃）作为一种新兴的准一维（Q1D）光伏材料，凭借其无毒、元素丰度高、带隙可调等优势，在薄膜太阳能电池领域展现出巨大潜力。然而，其独特的Q1D晶体结构导致载流子传输呈现强烈各向异性：只有当(Sb₄X₆)ₙ单元沿垂直于衬底方向生长时，才能实现高效的电荷传输和收集。而传统研究多聚焦于衬底工程或生长条件优化等单一因素调控，始终缺乏一种普遍适用的晶体取向控制策略，成为制约其器件性能提升的瓶颈。
针对这一难题，研究团队提出了一种“衬底表面工程+后退火热动力学”协同调控的创新策略。通过在CdS电子传输层中引入微量Cd²⁺（1%）以优化其表面暴露晶面，并结合快速退火工艺，成功实现了高（hk1）择优取向Sb₂(S,Se)₃薄膜的溶液法生长。实验表明，在仅1% Cd²⁺添加的弱诱导性衬底上，传统慢速退火仅能形成不利的（hk0）取向，而快速退火（>2–3 ℃/s）则可驱动原子长程迁移，诱导薄膜向理想的（hk1）取向转变。基于该策略制备的平面异质结太阳能电池实现了9.35%的光电转换效率，较对照器件提升约20%。进一步的电学表征与缺陷分析揭示，性能提升主要归因于垂直取向结构带来的优异电荷收集效率，同时伴随深能级缺陷的部分抑制。该研究突破了传统单因素调控的思维局限，建立了“衬底预修饰+热动力学驱动”的双因素协同框架，为准一维光伏材料的晶体取向调控提供了一种全新思路和普适性方法。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75718