原标题：光电国家实验室开辟薄膜太阳能电池研究新材料体系

在国家自然科学基金优秀青年基金（61322401）和面向能源的光电转换材料培育项目（91433105）等支持下，华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）在新型太阳能电池研究方面取得新突破。唐江教授课题组的研究成果“Thin-film Sb₂Se₃ photovoltaics with oriented one-dimensional ribbons and benign grain boundaries”发表在6月份的《自然·光子学》上（Nature Photonics, 2015, 9, 409–415, DOI: 10.1038/nphoton.2015.78）。

基于在太阳能光伏领域的长期研究实践，唐江课题组着力于探索新型半导体材料以实现高效低成本的光伏发电。通过努力，他们另辟蹊径，将目标锁定在一个尚未被广泛研究的V-VI化合物硒化锑（Sb₂Se₃）上。硒化锑具有禁带宽度合适（1.1 eV），吸光系数大，材料组分储量丰富、绿色低毒等优势，是一个很有前景的作为太阳能电池的吸光层新材料。近三年来，课题组专注于硒化锑薄膜太阳能电池研究，在该领域开展了一系列研究工作：利用肼溶液涂膜法制备Sb₂Se₃薄膜并构建TiO₂/ Sb₂Se₃太阳能电池（Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301846）; 研究了热蒸发法制备底衬和顶衬结构的CdS/ Sb₂Se₃薄膜太阳能电池并重点研究了蒸发工艺和器件物理表征（ACS Appl. Mater. Interface 2014，6，10687; Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 173904; 2014, 105, 083905; Prog. Photovoltaics, 2015, DOI: 10.1002/pip.2627）。

最新发表在Nature Photonics的文章显示，该课题组发展了一种快速热蒸发（RTE）工艺，利用简单的管式炉在低真空条件（~1Pa）下实现硒化锑薄膜的快速蒸发制备（蒸发速率达1微米/分，30秒完成薄膜沉积）。更为重要的是，通过深入分析硒化锑晶体材料的结构特征，发现其晶体由一维带状材料堆积而成，且只在一个方向上存在共价键，而在另外两个正交方向上都以范德华力结合。文章指出，如果硒化锑薄膜取向得当，则其晶界（GB）将不存在悬挂键，本征良性。这一特性使其与目前已知的几乎所有无机半导体材料（Si, GaAs, CdTe等）都不同，后者在晶界存在悬挂键构成电子的复合中心，因此需要钝化处理。课题组与华东师范大学陈时友教授合作，对硒化锑的晶面能等进行了深入的理论计算，计算表明在硒化锑晶面不存在悬挂键。实验上，课题组通过开尔文探针扫描谱（KPFM）和电子束感应光电流谱(EBIC)进一步证实如果硒化锑薄膜取向合适，则其晶界缺陷态密度极低，本征良性。通过工艺优化，最终成功制备出光电转换效率达5.6%的顶衬结构硒化锑薄膜太阳能电池，并得到Newport公司的第三方权威认证。经过双85测试（85 ℃，85%相对湿度），器件还显示出较好的稳定性。

唐江课题组在硒化锑薄膜太阳能电池的系统研究不仅初步显示了硒化锑是一种非常有潜力的太阳能电池吸光层新材料，而且拓展了人们对于无机光电一维带状材料特殊取向时晶界本征良性的认识，开辟了薄膜太阳能电池研究新方向。