Ein Forschungsteam des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine Antimontrisulfid-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 8,21 % entwickelt und damit einen neuen Leistungsrekord für diesen Solarzellentyp aufgestellt. Die in Advanced Energy Materials veröffentlichte Forschung nutzt die Technologie der volldimensionalen Defektpassivierung und bietet eine neue Lösung zur Leistungssteigerung von Antimontrisulfid-Photovoltaikgeräten.

Antimontrisulfid (AS) gilt aufgrund seiner reichlichen Vorkommen, Umweltfreundlichkeit und hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften als vielversprechendes lichtabsorbierendes Material. Geräte, die mit der Lösungsmethode hergestellt werden, weisen jedoch häufig eine hohe Defektdichte und Schnittstellenfehlanpassungen auf, was die Effizienz des Ladungsträgertransports einschränkt und zu photoelektrischen Umwandlungseffizienzen von typischerweise 6 % bis 7 % führt.

Das Forschungsteam schlug eine Methode zur volldimensionalen Defektpassivierung vor, bei der biologisch abbaubares Phenylethylammoniumiodid zur Vorbehandlung amorpher Antimontrisulfid-Dünnschichten verwendet wird. Diese Methode verbessert die Leistung von Antimontrisulfid-Solarzellen erheblich, indem sie die [hk1]-orientierte Kristallisation fördert, eine volldimensionale Defektpassivierung sowohl im Volumen als auch an den Grenzflächen erreicht und die Energieniveaus der dualen Grenzflächen über Cd-I- und Sb-I-Bindungen rekonstruiert.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass Phenylethylammoniumiodid die Oberflächenenergie von CdS reduziert und bevorzugt an der (211)-Kristallebene von Antimontrisulfid adsorbiert, was das orientierte Wachstum fördert und den Ladungsträgertransport verbessert. Das infiltrierte Phenylethylammoniumiodid erhöht die Ladungsträgerlebensdauer um das 3,7-fache und bestätigt damit seine effektive Defektunterdrückung. Mit dieser Technik hergestellte Antimontrisulfid-Heterojunction-Solarzellen erreichten einen Wirkungsgrad von 8,21 %.

Diese Forschung setzt einen neuen Leistungsmaßstab für Antimontrisulfid-Solarzellen. Die erfolgreiche Anwendung der volldimensionalen Defektpassivierungstechnologie liefert eine wichtige Referenz für die Entwicklung hocheffizienter Dünnschicht-Solarzellen der nächsten Generation. Die Forschungsarbeit zu Antimontrisulfid-Solarzellen fördert die Entwicklung umweltfreundlicher Photovoltaikmaterialien.

Weitere Informationen: Yang Wang et al., Eine volldimensionale Perkolationsstrategie in Kombination mit abbaubarem Polyimid (PEAI) ermöglicht Bulk-Heterojunction-Sb2S3-Solarzellen einen Wirkungsgrad von 8,21 %, Advanced Energy Materials (2025). Zeitschrifteninformationen: Advanced Energy Materials