イオン液体支援結晶化戦略によるSb₂（S,Se）₃太陽電池の高効率化のための微細構造とトラップ状態の同時制御

科学分野:

• 材料科学
• 固体化学
• 光起電工学

背景:

• 硫化セレン化アンチモン（Sb₂（S,Se）₃）は、高効率太陽電池の有望な材料です。
• 結晶化中の微細構造と電子的特性の制御は重要ですが困難です。
• 欠陥と非化学量論は、しばしばデバイスのパフォーマンスを制限します。

研究 の 目的:

• Sb₂（S,Se）₃吸収体のための実行可能な結晶化アプローチを開発すること。
• イオン液体を使用して微細構造とトラップ状態を同時に改善すること。
• Sb₂（S,Se）₃太陽電池の効率を高めること。

主な方法:

• ハロゲン化物アニオン（Cl⁻、Br⁻、I⁻）と[BMIM]⁺カチオンを持つイオン液体（IL）を利用して、Sb₂（S,Se）₃の結晶化を調整しました。
• [BMIM]Brを使用して、液体微小環境を作成し、物質移動を加速し、マイクロメートルサイズの結晶成長を促進しました。
• ILがフィルム組成、欠陥変換、および結晶配向に及ぼす影響を調査しました。

主要な成果:

• [BMIM]Brはマイクロメートルサイズの結晶粒を誘発し、[211]配向成長を促進しました。
• SとSeの損失を抑制した結果、化学量論に近いSb₂（S,Se）₃フィルムが得られ、正孔濃度が増加し、バンドアライメントが最適化されました。
• SbSのアンチサイト欠陥をVSe₂の空孔欠陥に変換し、非放射線再結合を大幅に抑制しました。

結論:

• [BMIM]Brで変調されたSb₂（S,Se）₃太陽電池は、記録的な10.89%の効率と72.74%のフィルファクターを達成しました。
• この戦略は、Sb₂（S,Se）₃太陽電池開発における主要な課題を効果的に解決します。
• ILの使用は、Sb₂（S,Se）₃ベースの太陽光発電を進歩させるための有望な経路を提供します。