近日，我校电气与自动化工程学院周儒课题组在面向自供电物联网应用的新型室内光伏器件研究领域取得最新进展，相关研究成果以“All-vacuum-processed full-inorganic Sb₂S₃indoor photovoltaics based on magnetron sputtered TiO₂electron transport layers”为题在线发表于著名学术期刊《Advanced Functional Materials》，并被编辑遴选为期刊封页论文。

图1 研究成果被编辑遴选为《Advanced Functional Materials》封页论文

物联网（IoT）作为第四次工业革命的核心驱动力，正在通过连接海量智能终端设备重塑社会。然而，作为物联网生态基础的万亿级终端节点（如传感器、执行器等），尽管采用微瓦到毫瓦级的低功耗设计，仍面临着长期供电的关键挑战。传统的储能电池供电系统存在寿命短、维护成本高、难以远程部署等固有限制，严重制约了物联网的大规模应用与可持续发展。在此背景下，室内光伏（Indoor photovoltaics）技术展现出巨大潜力，它通过收集自然光和室内人造光源（如白光LED和荧光灯）的能量，为物联网终端提供可持续电力供给。硫化锑半导体凭借其约1.75eV的合适带隙（接近室内光伏应用的1.8-2.0eV理想范围）、准一维晶体结构、高吸收系数、储量丰富及稳定性好等优点，成为一种极具潜力的室内光伏半导体体系。近年来，基于溶液法制备的硫化锑太阳能电池在室内光伏效率上取得了较为显著的进展，然而这些光伏器件制备工艺复杂且所使用的电子传输层和空穴传输层存在较为严重的环保和稳定性问题。因此，亟需开发工艺简单、环境友好、稳定高效的硫化锑室内光伏器件。

为此，我校周儒课题组与河北大学等单位合作，通过开发一种全真空工艺有效调控吸收层薄膜质量，制备获得高效平面异质结硫化锑室内光伏器件。本研究使用基于磁控溅射制备的二氧化钛电子传输层和近空间升华法工艺制备的硫化锑吸收层，同时去除常用的有机空穴传输层，设计构建了全真空工艺高效稳定全无机光伏器件。与溶液制备的二氧化钛相比，磁控溅射制备的二氧化钛具有双重优势：(1)真空法二氧化钛表面的氧空位密度增加，促进了后续沉积硫化锑吸收层的[hk1]取向生长；(2)二氧化钛和硫化锑界面处的能带匹配获得优化，从而减少了器件内部载流子复合。最终，基于全真空工艺的全无机硫化锑薄膜太阳能电池在一个标准太阳照射下实现了5.72%的光电转换效率，在1000lux白光LED室内光照条件下实现了14.28%的光电转换效率。本研究成功开发了一种全真空工艺、全无机平面结构的硫化锑太阳能电池制备路线，实现吸收层薄膜性质的有效调控。其中关于氧空位作为界面成核位点在薄膜成核与生长过程中所起多功能作用的探讨也可拓展至其他半导体材料体系。该工作证实全真空工艺制备高效、稳定、全无机硫化锑室内光伏器件的可行性，也为面向物联网应用的大面积光伏电池制造提供了一条富有潜力的技术路径。

图2 全真空工艺制备硫化锑薄膜太阳能电池流程示意图

图3 面向自供电物联网应用的硫化锑室内光伏性能

合肥工业大学为论文第一署名单位。合肥工业大学硕士生董柯涵论文为第一作者。合肥工业大学周儒教授、河北大学李志强教授和党伟副教授为共同通讯作者。上述研究工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等经费资助。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.74994

（周儒/文 周儒/图 冯航/审核）

责任编辑：宋燕