Self‐Regulated Growth of Large‐Grain Sb2S3 Thin Films for High‐Efficiency Solar Cells

材料科学 薄膜 成核 能量转换效率 带隙 结晶度 化学浴沉积 化学工程 过饱和度 微晶 太阳能电池 背景(考古学) 光电子学 纳米技术 复合材料 有机化学 工程类 古生物学 化学 冶金 生物
作者
Shihang Chen,Xiaomin Wang,Xueling Chen,Yuqi Zhao,Guohao Dai,Junjie Yang,Rongfeng Tang,Tao Chen,Pu Hu,Jianmin Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (38) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202402978
摘要

Abstract Antimony sulfide (Sb 2 S 3 ) has attracted extensive attention due to its excellent photoelectric characteristics, including a high absorption coefficient (α > 10 4 cm −1 ) and a suitable bandgap (≈1.7 eV). However, due to its Q1D (quasi‐1D) structure, numerous deep‐level defects are identified in the Sb 2 S 3 film, limiting the device's performance, and necessitating more efforts to overcome this situation. In this context, an ethanol solvent‐assisted chemical bath deposition (S‐CBD) strategy, a novel high‐quality thin film manufacturing technique is presented that modifies the supersaturation of the precursor solution by varying the boiling point and solvent polarity. This approach enables the effective regulation of the correlation between the crystal nucleation and growth rates, resulting in Sb 2 S 3 films with large grains (≈4.25 µm, 37.5% ethanol), excellent crystallinity, well‐oriented structures (TC (211) /TC (020) = 2.39), low defect density, and prolonged carrier lifetimes (τ Ave ≈ 12.1 ns). Consequently, the final Sb 2 S 3 ‐based solar device (FTO/CdS/Sb 2 S 3 /Spiro‐OMeTAD/Au) shows significant improvements in both FF (61.63%) and J SC (17.61 mA cm −2 ), yielding an excellent power conversion efficiency (PCE) of 7.84%. This research gives particular insights into the growth mechanism of high‐quality Sb 2 S 3 thin films by CBD method as well as a potential route for enhancing Sb 2 S 3 solar cell performance.
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