深圳大學物理與光電工程學院梁廣興研究員課題組最近在國際材料和應用物理領域頂級期刊Advanced Materials（影響因子：29.698）、Susmat（影響因子：28.4）和Advanced Functional Materials（影響因子：19.0）上發表關于全無機硫系薄膜用于太陽電池和光電探測器的最新研究成果。
近年來，硒化銻(Sb2Se3)憑借原材料綠色低毒、價格低廉、一維獨特結構貢獻良性晶界、二元單相組成易于制備、理想帶隙匹配高吸光系數、優異的載流子遷移率及介電常數等優勢，在新型高效低成本薄膜太陽電池研究領域引起廣泛關注。盡管Sb2Se3薄膜太陽電池在環境友好方面具有優勝之處，但和銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池性能相比還有很大差距，整體表現為電池開路電壓虧損偏高，這主要是由于光生載流子在電池內部的非輻射復合損失嚴重所導致的，本文深入研究埋層界面和異質結性能調控，剖析薄膜生長動力學且實現光吸收層取向可控生長，優化異質結能帶匹配和裁剪背接觸勢壘，從而降低太陽電池的非輻射復合損失，提高光生載流子傳輸效率，最終獲得目前已報道基于真空濺射法構建底襯Sb2Se3薄膜太陽電池的最高光電轉換效率9.24%，屬于國際領先水平，相關研究成果發表在Advanced Materials（影響因子29.698，中科院JCR一區，Top期刊）上，梁廣興研究員為論文通訊作者，其指導的博士研究生陳國杰為論文第一作者，深圳大學為唯一通訊單位。
硒化銻薄膜太陽電池的能帶結構優化及器件性能
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202308522
鋅黃錫礦半導體Cu2ZnSn(SSe)4（CZTSSe）同樣是因為其元素廉價無毒以及具有大于32%的理論光電轉換效率成為很有前途的新型薄膜光伏材料之一。近年來CZTSSe薄膜太陽電池的效率不斷攀升，但仍遠低于其理論值，這主要歸因于帶隙和電位明顯的波動，較短的少數載流子壽命以及缺陷引起的嚴重載流子復合；銅銦鎵硒(CIGS)的成熟經驗證明雙梯度帶隙結構使太陽電池兼具良好的電子輸運特性和較高的開路電壓，然而實現雙梯度帶隙結構對高溫硒化成膜的CZTSSe太陽電池來說極具挑戰。本文通過調整前驅體薄膜中K2S層的位置和K2S溶液的濃度，可實現調控帶隙最小值（缺口）的位置和深度，避免由于不合適的前梯度起始位置和不理想的帶隙缺口而產生的電子屏障；晶粒生長過程中K和Se的高親和能容易形成K2Se3等K-Se液體中間相，它們沿著薄膜內的空隙和晶界流動，不僅降低熔點加速硒化，還可作為硒源使薄膜的硒化更加充分；堿金屬K的引入促進了晶粒生長過程中各元素的擴散，使吸收層更大比例的組分參與晶粒生長，從而穩定Sn含量，深能級缺陷VSn和CuSn得到抑制，最終構建出CZTSSe薄膜太陽電池光電轉換效率達到13.7%，屬于國際領先水平，相關研究成果發表在Advanced Functional Materials (2023)2311992（影響因子：19.0，中科院JCR一區，Top期刊），梁廣興和蘇正華為通訊作者，其指導的聯合培養博士生趙云海為第一作者，深圳大學為唯一通訊單位。
雙梯度帶隙結構與太陽電池性能
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202311992
工作在近紅外波段（700-1400 nm）的光電探測器可廣泛應用于機器視覺、生物認證、物料分揀、健康檢測、安全監控等領域。硅（Si）基光電探測器具有優異的穩定性和成熟的制備工藝，已商用化于可見光探測，然而，其固有檢測范圍限制了近紅外區域的應用。銦鎵砷（InGaAs）、銻化銦（InSb）和碲鎘汞（HgCdTe）可用于制備紅外光電探測器，但是，它們需要貴金屬源、高質量的單晶襯底和復雜的真空工藝，且通常具有較高的器件暗電流，因此主要在軍事和工業上應用，在民用領域的發展受限。基于此，開發新型高性能低成本的可見-近紅外光電探測器是相關領域的關鍵挑戰之一。深圳大學梁廣興研究員課題組在銅鋅錫硫硒（CZTSSe）薄膜光電探測器研究方向取得重要突破。基于空氣中穩定的乙二醇甲醚溶劑體系，采用溶液旋涂結合后硒化熱處理生長高質量的CZTSSe光吸收層薄膜，結合CZTSSe/CdS異質結界面優化，系統調控載流子動力學，成功構建出高性能自驅動CZTSSe薄膜光電探測器。該器件具有300-1300 nm的寬光譜響應（近期已拓展至1700 nm，可覆蓋三個通訊波段），響應度達到1.37 A/W，在5 nW/cm2下的探測度高達4.0 × 1014 Jones，線性動態范圍（LDR）為126 dB，LDR內的最大光開關比為1.3 × 108，同時具有超快的響應速度（上升/下降時間為16 ns/85 ns），與目前商用或報道較為先進的光電二極管相比也體現出性能優勢。此外，該薄膜光電探測器在極弱光探測（低至718 pW）、近紅外光成像及基于光電容積描記技術（PPG）的心率監測和血氧測試等領域展現應用潛力，相關研究成果發表在SusMat（影響因子28.4-中國科技卓越行動計劃-高起點新刊），梁廣興為第一作者，其指導的碩士研究生李傳昊為第二作者，梁廣興和陳爍是本文通訊作者，深圳大學為第一通訊單位。
探測器構建與性能對比
文章鏈接：http://doi.org/10.1002/sus2.160
項目支持：國家自然科學基金面上項目，國家自然科學基金青年項目，廣東省教育廳重大科研項目，廣東省自然科學基金面上項目，深圳市重點項目和深圳大學荔園優青項目支持。
