综述：硒化锑薄膜的基本性质、生长方法、环境影响及太阳能电池应用

这篇综述全面探讨了硒化锑（Sb2Se3）薄膜的物理化学特性、制备技术（如磁控溅射、化学浴沉积等）、环境友好性及其在太阳能电池（如CdTe/CIGS替代品）中的应用潜力，重点分析了其高吸收系数（>105 cm?1）、带隙调控（1.0–1.4 eV）和低毒性优势，并展望了通过界面优化与缺陷钝化提升转换效率（PCE）至10%以上的策略。

　　

摘要

硒化锑（Sb₂Se₃）作为一种新兴的半导体材料，因其高吸收系数（>10⁵ cm^?1）、适宜的直接带隙（1.1–1.5 eV）及环境友好特性，成为替代传统CdTe和CIGS太阳能电池的有力候选。其晶体结构呈现正交（Pbnm空间群）或菱方相，通过（Sb₄Se₆）_n带状结构实现一维载流子传输，而[221]晶向生长可显著降低串联电阻。

1. 硒化锑的特性

结构特性：Sb₂Se₃薄膜的结晶质量直接影响器件性能。通过后沉积热处理（PDHT），(221)晶向的X射线衍射峰半高宽（FWHM）从0.36°降至0.34°，表明结晶度提升。拉曼光谱中190 cm^?1（Sb–Se振动）与253 cm^?1（Se–Se伸缩）峰的强度比优化可减少缺陷态密度。

光电性能：通过硫/碲合金化（Sb₂(S_xSe_1?x)₃）可将带隙调至1.43–1.6 eV，而ZnO或TiO₂电子传输层（ETL）的引入可将器件效率提升至8.12%。载流子寿命从0.37 ps延长至3.4 ps后，电池效率达10.41%。

形貌调控：扫描电镜（SEM）显示，350°C退火后薄膜形成致密多晶结构，而400°C以上则出现纳米棒，但伴随微孔洞缺陷。基底温度对形貌影响显著，例如MoSe₂上208°C沉积可获得低维取向结构。

2. 合成方法

真空技术：磁控溅射通过双靶（Sb/Se）共沉积实现化学计量比控制，但需平衡溅射速率（如40 W功率下1.5 Pa工作气压）。热蒸发法在510°C源温度下可制备高纯度薄膜，但需注意硒挥发导致的化学计量偏离。

溶液法：化学浴沉积（CBD）通过硫脲添加剂调控，效率达10.57%；电沉积法成本低廉，但需优化电解液配方以避免杂质相。

3. 环境与未来展望

相比含镉的CdTe，Sb₂Se₃的无毒特性降低了对生态系统的影响。未来需攻克界面复合（如Al₂O₃阻挡层）和规模化生产难题，而钙钛矿/Sb₂Se₃叠层电池已展示20%效率潜力，为下一代光伏技术指明方向。