原位硫钝化策略实现水热法制备Sb2S3太阳能电池高开路电压

本综述系统阐述了通过水热沉积过程中的原位硫钝化策略（引入Na2S2O3作为补充硫源），有效抑制Sb2S3薄膜制备过程中的硫空位缺陷，显著提升载流子寿命与结晶质量。通过协同优化电子传输层（ETL）为TiO2/CdS双层结构，最终实现6.83%的功率转换效率（PCE）和811.5 mV的开路电压（Voc），为当前Sb2S3太阳能电池的最高Voc记录。

　　

亮点

实验部分

材料： 酒石酸锑钾（C₄H₄KO₇Sb·0.5H₂O）、五水合硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃·5H₂O）、硫酸镉（CdSO₄）、钛酸二异丙酯双（乙酰丙酮）（75 wt%异丙醇溶液）、乙腈（CH₃CN）、氯苯（C₆H₅Cl）购自阿拉丁公司。硫脲（CH₄N₂S）购自西格玛奥德里奇公司。Spiro-OMeTAD、4-叔丁基吡啶（tBP）及双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂（Li-TFSI）购自西安宝莱特公司。所有化学品均直接使用，未进一步纯化。

结果与讨论

为探究前驱体溶液中Na₂S₂O₃含量对Sb₂S₃薄膜的影响，我们通过水热法在FTO/CdS基底上制备了不同Na₂S₂O₃含量的Sb₂S₃薄膜，并采用X射线衍射（XRD）进行表征（图1a）。除FTO基底和CdS（JCPDS No. 41-1049）的衍射峰外，所有峰均对应于正交相Sb₂S₃（JCPDS No. 42-1393），未检测到杂质相。随着Na₂S₂O₃含量增加，（hk1）晶面取向显著增强，表明结晶度提升。当Na₂S₂O₃添加量达最优值时，薄膜呈现致密均匀的棒状结构（扫描电子显微镜图像显示），硫空位缺陷密度明显降低。通过时间分辨光致发光谱（TRPL）测试，载流子寿命从对照组（未添加Na₂S₂O₃）的2.1 ns延长至5.8 ns，证实缺陷钝化有效抑制了非辐射复合。

结论

综上所述，通过水热法成功合成Sb₂S₃薄膜，并开发了一种原位硫钝化策略：在前驱体溶液中引入过量硫源（Na₂S₂O₃）。该方法在薄膜形成和退火过程中同步钝化内部缺陷与硫空位，显著提升薄膜质量。系统研究揭示了Na₂S₂O₃含量对薄膜结晶取向、形貌及光电性能的调控规律。结合TiO₂/CdS双层电子传输层（ETL）优化，实现了6.83%的功率转换效率（PCE）和811.5 mV的开路电压（V_oc），为Sb₂S₃太阳能电池的性能突破提供了新思路。