综述：光伏应用中高质量Sb2Se3薄膜的后处理策略

这篇综述系统总结了光伏领域新兴材料硒化锑（Sb2Se3）薄膜的后处理技术进展，重点探讨了热退火（TA）相关和TA-free两类策略如何通过缺陷钝化、晶向调控和界面能带调整提升薄膜质量，推动太阳能电池效率突破10.57%。文章为开发高效环保型薄膜太阳能电池提供了重要技术路线图。

　　

引言

硒化锑（Sb₂Se₃）因其优异的光电性能和准一维晶体结构，成为薄膜太阳能电池领域的新兴光吸收材料。其理论转换效率可达32%，但实际器件性能受限于薄膜质量缺陷。后处理技术通过调控结晶动力学和缺陷态，成为提升Sb₂Se₃光伏性能的关键手段。

高质量Sb₂Se₃薄膜的制备发展

Sb₂Se₃薄膜制备主要分为一步法和两步法。一步法通过物理气相沉积直接生成薄膜，但易出现化学计量比偏差；两步法先沉积锑膜后硒化，能更好控制组分但工艺复杂。研究发现420°C硒化温度可获<1μm的[001]取向晶粒，而温度超过400°C会导致硒挥发产生Sb杂质相。

后处理技术的主要功能

后处理通过四种机制改善薄膜质量：

1. 缺陷钝化：硒空位（V_Se）和锑硒反位（Sb_Se）是主要深能级缺陷，硫/氧掺杂可将V_Se转化为浅能级S_Se或O_Se；

2. 晶向调控：慢速升温退火促进(hk1)面择优生长，H₂S气氛处理利于(020)面取向；

3. 二次晶粒生长：硫蒸气处理使晶粒从纳米级增至微米级；

4. 界面能带调节：磷掺杂形成P_Se反位缺陷，缩短(Sb₄Se₆)_n链间距实现三维载流子传输。

TA相关后处理技术进展

经典热退火：350°C是最佳结晶温度，超过400°C会引发薄膜分解。反应退火中，15分钟硒化处理可获得理想Sb/Se=0.67化学比，并在Mo衬底上形成MoSe₂过渡层。缺陷工程方面：

• 物理策略：硒/硫气氛处理补偿V_Se，XPS证实S与Sb的电子相互作用增强；

• 化学策略：B₂O₃处理使薄膜效率提升14.1%，其B-Se键抑制硒挥发；LiOH处理形成锂梯度场，使费米能级向导带梯度移动。

TA-free技术创新

光退火技术通过CdS层镉扩散形成Cd_Sb浅能级陷阱，将器件效率提升至10.58%（认证效率10.18%）。液相退火采用硫脲-氨水混合溶液在66°C低温下诱导[hk1]取向生长，获得9.28%效率，证明低温工艺潜力。

挑战与展望

当前TA技术面临均匀性和重复性挑战，而TA-free方法效率仍落后。未来需结合原位表征技术揭示结晶机制，开发同步优化吸收层和传输层的后处理策略。柔性器件制备要求发展更低温度的创新工艺，推动Sb₂Se₃太阳能电池的商业化进程。