锌掺杂SnO₂ ETL双效合一：提升Ag₂S太阳能电池效率至2.76%

第一作者：董薇薇、符俊杰

通讯作者：符俊杰*，郑直*

单位：许昌学院，郑州大学

Ag₂S是一种具有优异光伏特性的绿色材料，具有可调带隙、高吸收系数、良好的热稳定性和溶液加工性等优点。然而，Ag₂S太阳能电池的效率仍远低于其理论极限，主要受限于吸收层结晶质量不佳以及Ag₂S/ITO背界面的严重载流子复合。如何同时调控吸收层晶体取向并优化背界面电场，成为提升Ag₂S电池性能的关键挑战。

近日，许昌学院郑直团队在《Advanced Functional Materials》上发表题为“Boosting Ag₂S Solar Cell Efficiency by Back Interface Engineering”的研究论文。该工作通过在Ag₂S与ITO之间引入Zn掺杂SnO₂电子传输层，实现了背界面能级匹配与吸收层晶体取向的协同调控，显著提升了电池的光电转换效率。

Zn掺杂不仅优化了SnO₂的能带结构，降低了与Ag₂S的导带偏移，还促进了Ag₂S吸收层从低导电性(012)取向向高导电性(03)取向转变，提升了载流子传输效率。

SnO₂:Zn层形成的ZnSn受主缺陷和减少的氧空位协同增强了背表面电场，降低了界面复合，提升了开路电压、填充因子和短路电流密度。

采用SnO₂:Zn-2 ETL的Ag₂S太阳能电池效率从1.91%提升至2.76%，是目前报道的最高值之一，且未封装器件在空气中存放一年后仍保持95%的初始效率。

通过UPS、DLCP、TRPL、TSPV、TPV、EIS等多种表征手段，系统揭示了Zn掺杂对能带结构、载流子传输与复合动力学的积极影响。

Boosting Ag₂S Solar Cell Efficiency by Back Interface Engineering

符俊杰简介：2016年毕业于许昌学院，获得材料科学与工程专业工学学士学位；2022年毕业于河南大学，获得无机化学专业理学博士学位。2022年7月至今在许昌学院工作。以第一或通讯作者在Energy Environmental Science、Chemical Engineering Journal、Nano Research和Journal of Materials Chemistry A等期刊发表学术论文10余篇。主持河南省青年自然科学基金项目1项、河南省高等学校重点科研项目1项、参与国家自然科学基金6项。

研究方向：铜锌锡硫硒、硫化银薄膜太阳能电池。

郑直教授简介：郑直教授，许昌学院校长，中原学者，国务院政府特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，河南省科技创新杰出人才和杰出青年基金获得者。郑直教授在利用金属表面单质反应制备薄膜材料方面具有很高的学术造诣，设计制备了30多种二元和多元无机硫族化合物、卤族化合物（包括卤化钙钛矿、非铅类钙钛矿）等半导体光电材料。开创了低温电极原位构筑三维骨架结构薄膜及杂化太阳能电池器件的新领域。研究论文发表在《J. Am. Chem. Soc.》、《Adv. Mater.》、《Energy Environ. Sci.》、《Nano Today》、《Chem. Mater.》等杂志。课题组仅在金属表面单质反应研究方向发表SCI收录论文近70篇，获得授权国家发明专利20余件，作为第一完成人的相关成果获得河南省科技进步奖一等奖等。

董薇薇，许昌学院和郑州大学化学学院联合培养博士研究生。