3月27日，《自然bull能源》（NatureEnergy）在線發表了光電國家實驗室唐江教授課題組關于穩定無毒硒化銻薄膜太陽能電池的研究新成果，該論文題為Stable6%-efficientSb2Se3solarcellswithaZnObufferlayer。

在能源危機和環境壓力下，全球范圍內掀起了新能源的研究浪潮，太陽能應用獨占鰲頭。薄膜太陽能電池具有制作成本低、弱光和高溫發電性能好、輕質可柔性等特性，在光伏建筑集成、移動供電等方面相對硅基太陽能電池具有競爭優勢。目前市場上最成功的薄膜太陽能電池是碲化鎘(CdTe)電池，但Cd劇毒而Te非常稀缺。

唐江教授課題組一直專注于新型硒化銻（Sb2Se3）薄膜太陽能電池研究。課題組先后在《先進能源材料》（AdvancedEnergyMaterials）、《ACS應用材料與界面》（ACSAppliedMaterialsandInterface）、《應用物理快報》（AppliedPhysicsLetters）、《光伏進展》（ProgressinPhotovoltaics）以及《自然光子學》（NaturePhotonics）刊發論文，研究證實硒化銻具有類似碲化鎘的材料簡單、制備快速、光電性質優異等核心優勢，但硒化銻本身無毒且元素豐度高，有希望成為綠色的碲化鎘，發展潛力巨大。

該研究采用硝酸鋅水溶液噴霧熱解的方法制備氧化鋅（ZnO）代替了之前的硫化鎘（CdS）作為硒化銻薄膜太陽能電池的緩沖層，材料本身和制備方法都是綠色、經濟的。由于硒化銻是一維鏈狀材料，即(Sb4Se6)n的分子鏈通過范德華力在兩個方向上堆積而成，類似于結晶一維高分子，因此其薄膜取向非常重要，對器件性能有極大的影響。

實驗發現，隨機取向的氧化鋅能誘導[221]取向的硒化銻薄膜，而[001]取向的氧化鋅則誘導出[120]取向的硒化銻薄膜；基底和硒化銻薄膜取向高度關聯。界面原子模型分析顯示隨機取向氧化鋅表面暴露出更多的(100)面，有利于與隨后生長的硒化銻成鍵，降低界面總能量，從而實現取向誘導。由此制備的器件界面缺陷少，復合損失下降，偏壓外量子效率譜和變溫開路電壓測試都證實了這一點。

通過氧化鋅成膜工藝和硒化銻背場處理的系列優化，研究人員最終取得了光電轉換效率達5.93%的頂襯結構(FTO/ZnO/Sb2Se3/Au)的硒化銻薄膜太陽能電池，并得到Newport公司的第三方權威認證。更重要的，由此制備的太陽能電池在未封裝條件下表現出優異的穩定性，能夠經歷雙85（溫度85degC，濕度85%）、持續最大功率點工作、強紫外光照射、熱震蕩等苛刻的考驗，穩定性基本達到薄膜太陽能電池應用工業要求的IEC61646標準。相對于硫化鎘緩沖層，使用氧化鋅緩沖層器件穩定性明顯提高的原因是：第一性原理計算顯示Zn原子在硒化銻中的擴散能比Cd原子要大，高角暗場掃描透射電鏡（HADDF-STEM）下的空間元素分布結果表明Cd在硒化銻中擴散接近50nm，而Zn的擴散則微乎其微，因此ZnO/Sb2Se3的異質界面擴散小，穩定性高。單色光開路電壓衰減測試也顯示氧化鋅的吸光少，光生空穴對硒化銻的破壞得到抑制。該研究不僅發展了一維鏈狀材料取向調控的新思路與新方法，而且初步解決了太陽能電池應用四大關鍵因素(效率、穩定性、低成本和低毒性)中的后三點，實現了較大的進展。

文章發表后，美國材料學會（MRS）和物理學會（APS）會士，美國阿貢國家實驗室SupratikGuha博士在同期的《自然bull能源》（NatureEnergy）撰寫了Bufferagainstdegradation的newsampviews的論述性文章，評論到唐及其同事取得的毒性降低和穩定性提高是一個里程碑式進展(ThereducedtoxicityandimprovedstabilityshownbyTangandcolleaguesaresignificantmilestones)。

本研究工作得到國家重點研發計劃、基金委重點研發計劃培育項目和優青項目經費支持。博士生王亮，李康華和陳超，博士后李登兵為論文的共同第一作者，唐江教授為論文通訊作者。該工作也得到光電國家實驗室宋海勝副教授、李露穎副教授、牛廣達副研究員，中科院半導體所鄧惠雄副研究員，中山大學黃豐教授的支持和幫助。