在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室胡劲松/薛丁江团队长期致力于硒室内光伏电池研究，首次揭示了硒在室内光伏领域的独特优势（Sci. Adv. 2022,8, eadc9923）。

在前期工作的基础上，该研究团队通过解析非晶硒的结构及其结晶动力学过程，揭示了硒独特的无序链缺陷性质，明确了无序链缺陷的形成机理，并提出临界熔融退火策略，成功消除了无序链缺陷，获得了高效硒光伏电池。光伏相三方硒的一维链状晶体结构使得硒晶体中易出现无序链。理论计算结果表明，无序硒链会在硒禁带中引入深缺陷能级。研究人员从非晶硒的结构解析入手，通过同步辐射X射线精细吸收谱确认了非晶硒的环状结构。通过对比硒环、硒链结构发现硒环的键角更大，表明硒环中存在较大的结构应力，导致硒环不稳定，从而易于开环成链。而这些硒链在结晶时重排的活化能较高，导致传统退火工艺难以越过重排势垒，造成无序硒链残留。针对该问题，他们提出了临界熔融退火策略，从而给予硒链充足能量重排进入晶格，实现了无序硒链的完全消除。基于该薄膜构筑的硒光伏电池在1000 lux LED室内光照射下获得了18%的光电转换效率，远超商业化室内光伏非晶硅电池（10%）。制备的硒光伏组件实现了对商用LIR2450锂电池的充电并实现了商业化无线电子价格标签的自供电，展示了硒室内光伏器件在物联网无线终端供能方面的应用潜力。

相关研究成果近日发表在Joule 2024,8,1430-1442和J. Am. Chem. Soc. 2024,146,6345-6351。论文第一作者为博士生路文博，通讯作者为薛丁江研究员。

图1. 非晶硒结构解析及开环机理研究

图2.高度有序化硒链获得高效硒光伏器件

北京分子科学国家研究中心分子纳米结构与纳米技术院重点实验室

2024年10月24日