通过SCAPS-1D模拟制备大尺寸且界面工程化的Zn(O,S)/SnSe异质结：迈向22.46%高效、环保的光伏发电技术

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Bulk and Interface-Engineered Zn(O,S)/SnSe Heterojunctions via SCAPS-1D Simulation: Toward 22.46% Efficient Ecofriendly Photovoltaics

研究提出不含镉的FTO/Zn(O,S)/SnSe/Carbon结构太阳能电池，通过优化层厚度和载流子浓度，实现22.46%效率，有效解决缺陷复合和带隙失配问题，并降低环境毒性。

　　

锡硒化物（SnSe）作为一种具有直接带隙（1.1–1.3 eV）的光伏吸收材料，其理论功率转换效率可与商用薄膜太阳能技术相媲美。然而，实际制备的SnSe太阳能电池的效率远低于理论值，主要受到两个关键因素的制约：（1）体缺陷导致载流子复合；（2）界面处的带隙不匹配。此外，CdS的环境毒性及其对短波长光的吸收也会限制其可持续发展。本研究提出并系统研究了全无机结构FTO/Zn(O,S)/SnSe/Carbon的可行性。用Zn(O,S)替代传统的CdS可以实现可调的带隙，并消除Cd的毒性。通过SCAPS-1D模拟，优化了各功能层的厚度和载流子浓度，并分析了体缺陷密度、界面缺陷密度及电阻对器件性能的影响。同时调整了Zn(O,S)中的硫含量，当硫含量达到70%时，获得了最佳的导带偏移（ΔE_c = 0.05 eV）。最终制备出的最优器件效率为22.46%，开路电压（V_oc）为0.90 V，短路电流（J_sc）为30.06 mA/cm²，填充因子（FF）为83.39%。这项工作建立了一种结合无毒材料选择（Zn(O,S)/碳）、界面热力学控制及缺陷钝化策略的通用方法，为可持续薄膜太阳能电池的商业化应用奠定了基础。