通过氟化钾辅助的溶液后处理调节表面形态，使VTD-SnS薄膜太阳能电池的效率超过4%

《Materials Today Energy》：Modulating Surface Morphology via Potassium Fluoride-Assisted Solution Post-Treatment Enables VTD-SnS Thin Film Solar Cells to Achieve over 4% Efficiency

钾氟（KF）溶液后处理有效改善SnS薄膜表面质量，抑制SnO等表面缺陷，形成SnF2层提升表面能和钝化效率，使SnS基光伏器件光电转换效率从3.42%提升至4.01%。

　　锡硫化物（SnS）作为一种有前景的薄膜光伏材料，因其丰富的自然资源、无毒性和强光吸收能力而受到广泛关注。然而，在使用气相输运沉积（VTD）技术制备SnS薄膜时，常常面临表面质量差、二次锡富集相形成以及不利的界面能级等问题，这些问题导致了高复合损失和有限的器件效率。传统表面处理方法在同时改善薄膜质量和钝化表面缺陷方面效果有限。本研究提出了一种简单的后沉积表面改性策略，利用氟化钾（KF）溶液对VTD制备的SnS薄膜进行处理，从而有效调控其表面特性。

通过实验发现，KF处理显著提升了SnS薄膜的均匀性、致密性和润湿性。X射线光电子能谱（XPS）分析确认了KF处理后在SnS表面形成了薄层的SnF?，同时减少了SnO表面物种的存在。这种表面调节不仅能够钝化缺陷，还提高了功函数，并改善了SnS与CdS缓冲层之间的能带排列，从而优化了界面能级。经过优化的KF处理SnS吸收层（KF04）所制备的光伏器件，其功率转换效率达到了4.01%，相比之下，未经处理的SnS薄膜器件效率仅为3.42%。深能级瞬态光谱（DLTS）分析进一步表明，KF处理显著减少了复合中心的数量。

SnS的层状晶体结构通过范德华力松散连接，这有助于提高薄膜在平面方向上的载流子迁移率和电导率。尽管SnS具有这些优势，但目前VTD制备的SnS光伏器件效率仍局限于约4.0%，主要受限于高表面粗糙度、较高的界面缺陷密度、较差的异质结质量、分流损失以及不利的能带偏移等因素。因此，提升SnS薄膜的表面质量成为提高器件性能的关键。

近年来的研究表明，表面处理策略在提升薄膜光伏器件性能方面发挥着重要作用。这些策略能够通过钝化表面缺陷和优化异质结界面来改善器件性能。其中，使用KF溶液进行后沉积处理已被证明是一种有效的手段，能够调节表面化学组成并减少复合损失。具体而言，KF处理已被报道能够改善多种硫族化合物吸收材料（如CIGS和CZTS）的光电性能，通过降低表面缺陷态和改变表面成分，从而显著提高器件性能。

本研究系统地探讨了KF溶液滴涂处理对VTD制备的SnS吸收层在结构、形貌和光伏性能方面的影响。通过改变KF溶液的浓度，研究人员对SnS薄膜的表面形貌、晶体结构、表面能和相纯度进行了详细分析。实验结果表明，KF处理能够诱导SnS薄膜表面的均匀蚀刻，从而实现表面缺陷的钝化和形貌的优化。这种协同蚀刻过程不仅提升了薄膜的质量，还改善了异质结的特性。使用优化后的KF处理SnS薄膜制备的光伏器件，在短路电流密度和开路电压方面均表现出显著提升，最终实现了更高的功率转换效率。

此外，本研究还通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析，进一步验证了KF处理对SnS薄膜结构和形貌的影响。SEM图像显示，经过KF处理的SnS薄膜表面更加光滑，而XRD分析则表明，薄膜的晶体结构得到了优化，减少了杂质相的出现。这些结果共同支持了KF处理对SnS薄膜性能的积极影响。

在实际应用中，SnS薄膜的制备和处理技术需要兼顾高效性和可扩展性。VTD作为一种高效率、可扩展且商业化的物理气相沉积技术，能够满足大规模生产的需求。然而，为了进一步提升SnS薄膜光伏器件的性能，必须解决其表面质量、界面能级和复合损失等问题。KF处理提供了一种可行的解决方案，能够通过化学调控实现这些目标。

通过深入研究KF处理对SnS薄膜的影响，本研究为提高SnS薄膜光伏器件的性能提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索不同浓度和处理条件对SnS薄膜性能的具体影响，以及KF处理与其他表面处理技术的协同效应。此外，还可以研究KF处理对SnS薄膜在不同环境下的稳定性，以确保其在实际应用中的可靠性。

总之，本研究通过引入KF处理策略，有效改善了VTD制备的SnS薄膜的表面特性，从而显著提升了其在光伏器件中的性能表现。这一成果不仅为SnS薄膜光伏技术的发展提供了新的方向，也为其他硫族化合物吸收材料的表面处理提供了借鉴。随着对SnS薄膜性能的不断优化，其在可再生能源领域的应用前景将更加广阔。