Uma equipe de pesquisa do Instituto de Ciências Físicas de Hefei, da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu uma célula solar de trissulfeto de antimônio com eficiência de conversão de 8,21%, estabelecendo um novo recorde de desempenho para esse tipo de célula solar. Este estudo, publicado na Advanced Energy Materials, utiliza uma técnica de passivação de defeitos em dimensões completas, proporcionando uma nova abordagem para melhorar o desempenho de dispositivos fotovoltaicos de trissulfeto de antimônio. Diagrama esquemático da estratégia de passivação de defeitos em dimensões completas, desempenho fotovoltaico, passivação de defeitos e otimização da estrutura de banda.

O trissulfeto de antimônio é considerado um material promissor na absorção de luz devido à sua abundância de recursos, respeito ao meio ambiente e excelentes propriedades optoeletrônicas. No entanto, dispositivos preparados por métodos de solução frequentemente apresentam alta densidade de defeitos e incompatibilidade de interface, o que limita a eficiência do transporte de portadores e resulta em eficiências de conversão fotoelétrica que normalmente permanecem na faixa de 6% a 7%.

A equipe de pesquisa propôs um método de passivação de defeitos em dimensão total utilizando iodeto de feniletilamônio biodegradável para pré-tratar filmes finos de trissulfeto de antimônio amorfo. Este método melhora significativamente o desempenho das células solares de trissulfeto de antimônio, promovendo a cristalização orientada para [hk1], alcançando a passivação de defeitos em dimensão total tanto no volume quanto nas interfaces, e reconstruindo os níveis de energia da interface dupla por meio de ligações Cd-I e Sb-I.

Os resultados experimentais mostram que o iodeto de feniletilamônio pode reduzir a energia de superfície do CdS e adsorver preferencialmente no plano cristalino (211) do trissulfeto de antimônio, promovendo o crescimento orientado e aumentando a capacidade de transporte de portadores. O iodeto de feniletilamônio tratado por infiltração aumentou a vida útil do portador em 3,7 vezes, confirmando o efeito efetivo de supressão de defeitos. A célula solar de heterojunção em massa de trissulfeto de antimônio preparada com base nesta tecnologia alcançou uma eficiência de conversão de 8,21%.

Este estudo estabeleceu um novo padrão de desempenho para células solares de trissulfeto de antimônio, e a aplicação bem-sucedida da tecnologia de passivação de defeitos em dimensões completas fornece uma referência importante para o projeto de células solares de película fina de alta eficiência de próxima geração. Este trabalho de pesquisa com células solares de trissulfeto de antimônio promoveu o desenvolvimento de materiais fotovoltaicos ecologicamente corretos.