低温光谱椭偏技术揭示SnSe各向异性介电函数及其光伏应用潜力

本研究采用低温光谱椭偏技术（SE）结合修正Becke-Johnson（mBJ）能带计算，首次系统解析了27 K下α-SnSe单晶沿a、b、c三轴的介电函数张量特性。研究发现低温环境显著削弱声子干扰，暴露出10个以上临界点（CP）结构，为开发高效低温光伏器件提供了关键光学参数。

　　

Highlight

本研究通过低温光谱椭偏技术（SE）首次捕捉到27 K下α-SnSe单晶沿不同晶向的精细光学响应。相比室温数据，低温测量使临界点（CP）结构产生显著蓝移且分辨率提升300%，犹如"冷冻"了电子-声子相互作用，让隐藏的能带跃迁信号清晰浮现。

Experiments

采用温度梯度法在960°C下生长α-SnSe单晶，通过机械剥离获得原子级平整的a-b晶面。为获取c轴数据，使用0.05微米二氧化硅胶体抛光b-c平面，最终在配备液氦恒温器的SE系统中完成0.74-6.42 eV光谱扫描。

Results and discussions

突破性地采用Aspnes张量近似法，仅需单次入射角测量就解耦出三轴介电函数。mBJ计算显示：锯齿方向（a轴）对应Γ-X跃迁（1.3 eV），扶手椅方向（b轴）在Y点附近产生1.7 eV跃迁，这些"晶体密码"的破译为设计定向吸收光伏器件提供了路线图。

Conclusion

低温SE如同超高清显微镜，成功捕捉到SnSe中10个以上CP特征。a轴1.1 eV的直接带隙与太阳光谱完美匹配，而b/c轴的各向异性吸收为叠层电池设计开辟新思路，这项研究为低温光伏材料开发投下一枚"光学探针"。