Nat. Commun.：揭示三硫化锑光伏器件中成分和结构依赖的深能级缺陷

兔兔

2021-06-01

三硫化锑（Sb₂S₃）是一种新型的光捕获材料，具有良好的稳定性和丰富的元素储量。由于准一维对称性，理论研究指出了缺陷的复杂性质。然而，没有关于缺陷特性的实验验证。有鉴于此，中国科学技术大学陈涛教授等人进行光学深能级瞬态光谱来研究Sb₂S₃中的缺陷特性，并表明根据Sb₂S₃的组成，观察到的深能级缺陷最多为三种。

本文要点：

1）富Sb Sb₂S₃薄膜中的陷阱E2和E3具有大捕获截面和高陷阱密度，特别是与富S Sb₂S₃中的H1和H2相比，陷阱能级更接近费米能级。由于捕获的光激发载流子提取效率低，电子准费米能级很可能被固定在富Sb Sb₂S₃中的陷阱E2和E3附近。富S Sb₂S₃显示出降低的捕获截面、缺陷密度和缺陷数量，这些共同导致抑制了复合和延长了载流子寿命。这一特性能够缓解费米能级钉扎效应，最终提高开路电压（V_OC）。

2）此外还发现富Sb Sb₂S₃薄膜中Sb_i的存在对载流子寿命产生的不利影响较小，这应该与Q1D晶体结构有关，其中Sb₄S₆)_n带之间的空间可以产生一定程度的杂质。然而，在富S Sb₂S₃薄膜中没有出现S_i缺陷，很可能是在高温薄膜沉积过程中硫容易蒸发掉。

3）最后，发现富Sb薄膜存在V_S和Sb_S两种关键缺陷，而富S Sb₂S₃薄膜只存在V_Sb一种关键缺陷。因此，只要V_Sb被很好地抑制而不引入其他深能级缺陷，富含S的Sb₂S₃薄膜似乎更有希望实现下一个效率突破。

Weitao Lian et al. Revealing composition and structure dependent deep-level defect in antimony trisulfide photovoltaics. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3260.

DOI: 10.1038/s41467-021-23592-0.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23592-0