王刚博士团队在《Chem. Eng. J.》报道空气氛围退火制备高效率硫化锑太阳能电池

信阳师大新闻网讯 近日，建筑节能材料河南省协同创新中心（暨新能源科学与技术学院）王刚博士团队在空气氛围退火制备高效率硫化锑太阳能电池上取得了新进展，相关成果以“Sb₂O₃-mediated surface reconstruction enables open-air fabrication of Sb₂S₃solar cells with record efficiency and fill factor”为题发表在《Chem. Eng. J.》杂志上（图1；http://doi.org/10.1016/j.cej.2026.180358）。信阳师范大学为该论文的第一完成单位，黄玉茜博士为第一作者，中国科学技术大学陈涛教授、天津理工大学郭洪玲博士和信阳师范大学王刚博士为共同通讯作者。

图1.“Sb₂O₃-mediated surface reconstruction enables open-air fabrication of Sb₂S₃solar cells with record efficiency and fill factor”论文的截图。

硫属化合物太阳能电池，包括碲化镉、铜铟镓硫硒、铜锌锡硫硒和硫硒化锑，由于其高的光电转换效率而引起了广泛的研究兴趣。其中，碲化镉和铜铟镓硫硒太阳能电池已经成功实现了商业化应用。然而，硫属化合物太阳能电池一直受限于其必须在惰性氛围或者真空氛围下制备吸光层，极大的增加了制备过程的复杂性和产品价格。由于硫化锑的熔点约为550℃，只需要约360℃的退火温度就能够制备高质量的吸光层，远低于铜铟镓硫硒和铜锌锡硫硒所需的540-580℃的退火温度。这使得空气氛围退火制备硫化锑太阳能电池成为了可能。遗憾的是，360℃退火生成的氧化锑的价带顶位置偏低，将严重阻碍空穴的提取，成为限制其器件性能的瓶颈。

王刚博士团队将空气氛围退火和空气氛围水热硫化结合来解决这一挑战。通过优化空气退火的时间，获得了底部高晶化度硫化锑和表面合适厚度氧化锑的吸光层。再通过水热硫化将表面的氧化锑转变为硫化锑。值得注意的是，水热硫化过程中发生了表面重构，获得了具有棒状凸起的表面形貌。与传统样品相比，重构化的表面的载流子传输能力和提取能力显著增强，填充因子损失中载流子传输损失从Control样品的16.88%降低到了6.90%，与文献报道相比降低了一个数量级。基于空气氛围退火和空气氛围水热硫化的协同作用，王刚博士团队获得了创纪录的7.25%的光电转换效率，并且首次将水热沉积硫化锑太阳能电池的填充因子提高到66%以上（图2）。

图2.空气氛围退火和水热硫化处理的硫化锑的结构表征和器件性能。

王刚博士团队一直专注于水热沉积硫化锑太阳能电池的研究，在先前报道的惰性氛围制备创纪录认证效率硫化锑太阳能电池（Adv. Funct. Mater., 2026, 36, e18624;Adv. Mater., 2026, 38, e20937;Energy Environ. Sci., 2026, DOI:10.1039/D6EE02782B）的基础上，将制备方法拓展到空气氛围退火（Chem. Eng. J.,2026, 546, 180358），为降低硫化锑太阳能电池的制备成本和提高硫化锑太阳能电池的填充因子提供了新思路。