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科学研究

我院范平教授团队梁广兴研究员在Advanced Energy Materials等期刊上发表关于全无机硫系薄膜光电应用的最新研究成果

发表时间:2023-04-11   浏览次数:64

亚洲十大信誉平台范平教授团队梁广兴研究员课题组最近在国际材料和物理应用领域顶级期刊Advanced Energy Materials(影响因子:29.698InfoMat(影响因子:24.798)和Advanced Functional Materials影响因子:19.924上发表关于全无机硫系薄膜用于太阳电池、光水解制氢和光电探测器的最新研究成果。

Ø 锌黄锡矿半导体Cu2ZnSn(SxSe1-x)4CZTSSe)因其廉价无毒的元素组成以及具有大于32%的理论光电转换效率成为很有前途的薄膜光伏材料之一。近年来CZTSSe薄膜太阳电池的效率不断攀升,但仍远低于其理论值,这主要归因于较大的开路电压亏损。文采用非真空绿色环保的溶胶凝胶法结合硒化热处理生长CZTSSe薄膜,深入剖析硒化反应机理首次阐明了抑制锡损失的蒸气成分(气态SnSe3以及SnSe3促进CZTSSe形成路径;并在SnSSnSe2粉末以及Se粒结合的硒化条件下获得高结晶度且成分可控的光吸收层CZTSSe薄膜,其后构建CZTSSe薄膜太阳电池进行物理分析,研究表明,高结晶质量的吸收层薄膜使得晶界处的能带弯曲程度最优以及有效抑制了界面复合。此外,CuZnCuSn反位缺陷浓度显著降低,开路电压508 mV提高到546 mV最终获得在气环境制备CZTSSe薄膜太阳电池的最高光电转换效率12.89%。相关研究成果发表在Advanced Energy Materials (2023) 2300521(影响因子:29.698),梁广兴和苏正华为通讯作者,其指导的硕士研究生于紫轩为第一作者,深圳大学为唯一通讯单位。

 

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文章链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202300521

Ø 基于CZTSSe薄膜优异的光电性能,构建出Glass/Mo/CZTSSe/CdS/TiO2/Pt薄膜光电阴极实现太阳光水解制备“绿氢”;通过协同吸收层薄膜和异质结界面性能优化,显著抑制界面非辐射复合损失,从而提升电荷的分离和转移效率,CZTSSe薄膜光电阴极的光电流密度提升至目前已报道的最高值40.40 mA cm2, 接近其理论光电流密度值42.85 mAcm−2;同时,获得6.47%的半电池太阳能-氢能转化效率。相关研究成果发表在Advanced Energy Materials (2023) 2300215上(影响因子:29.698,梁广兴为论文第一作者,其指导的硕士研究生李志东为第二作者,陈烁为通讯作者,深圳大学为唯一通讯单位。

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                                                             文章链接: https://doi.org/10.1002/aenm.202300215

Ø Sb2Se3在新型高效低成本薄膜光电探测器研究领域引起广泛关注,主要由于以下优势:(1一维晶体结构,探测器像素之间无横向串扰:Sb2Se3具有一维晶体结构(c方向为共价键,ab方向为弱范德华力相互作用),强各向异性促使载流子沿着[Sb4Sb6]n链有效地运输,在链间hopping形式传输,利于消除探测器横向串扰;(2缺陷存在互补偿:Sb2Se3天然存在VSbVSe等点缺陷,对应的缺陷深度为0.4~0.7 eV,有望利用缺陷吸光进行非本征探测将探测波段拓宽至2000 nm;(3Sb2Se3具有较低的结晶温度(133°C),相应探测器与CMOS工艺高度兼容。本文采用溅射硒化法制备了[hk1]择优取向生长的Sb2Se3薄膜,构建优异Sb2Se3/CdS平面异质结光电探测器。为了进一步提升器件性能,利用Al3+掺杂CdS缓冲层,降低界面缺陷密度和体缺陷密度、增加耗尽层宽度以及优化p-n结界面能带排列,进一步降低器件的载流子复合,提升载流子输运能力。基于此,该薄膜光电探测器能够实现无外加偏压自驱动工作,响应度提升至0.9 A/W、探测度达到4.78×1012 Jones、开关比高达106、线性动态范围高达120 dB、响应速度首次达到ns量级(响应时间24 ns和恢复时间75 ns相关研究成果发表在InfoMat (2023) e12400上(影响因子:24.798,陈烁为论文第一作者,其指导的硕士研究生付毅为第二作者,梁广兴为通讯作者,深圳大学为唯一通讯单位。

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文章链接: http://doi.org/10.1002/inf2.12400

Ø 提出了一种异质结界面优化策略,通过在CdS缓冲层中引入Al3+离子并进行热处理Sb2Se3/CdS:Al异质结的能带排列可有效地悬崖状结构转变为理想的长钉结构,从而降低异质结界面缺陷浓度,抑制载流子非辐射复合,提高太阳电池性能;最后总结分析Sb2Se3薄膜太阳电池载流子动力学优化机制对太阳电池效率进一步提升具有重要意义相关研究成果发表在Advanced Functional Materials (2023) 2213941(影响因子:19.924,梁广兴和陈烁为论文通讯作者,其指导的联合培养博士研究生罗燕娣为第一作者,深圳大学为唯一通讯单位。

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文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202213941

感谢国家自然科学基金面上项目,国家自然科学基金青年项目,广东省教育厅重大科研项目,广东省自然科学基金面上项目,深圳市重点项目和深圳大学荔园优青项目(1期和2期)支持。

 


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