本报讯（通讯员徐丹）3月27日，《自然·能源》（Nature Energy）在线发表了光电国家实验室唐江教授课题组关于稳定无毒硒化锑薄膜太阳能电池的研究新成果，论文题为《基于氧化锌缓冲层的稳定且效率达6%的硒化锑太阳能电池》（Stable 6%-efficient Sb2Se3 solar cells with a ZnO buffer layer）。2012级博士生王亮、李康华和陈超，博士后李登兵为论文共同第一作者，唐江为论文通讯作者。
该研究采用硝酸锌水溶液喷雾热解的方法制备氧化锌（ZnO）代替了之前的硫化镉（CdS）作为硒化锑薄膜太阳能电池的缓冲层，材料本身和制备方法都是绿色、经济的。实验发现，随机取向的氧化锌能诱导[221]取向的硒化锑薄膜，而[001]取向的氧化锌则诱导出[120]取向的硒化锑薄膜；基底和硒化锑薄膜取向高度关联。界面原子模型分析显示随机取向氧化锌表面暴露出更多的（100）面，有利于与随后生长的硒化锑成键，降低界面总能量，从而实现取向诱导。由此制备的器件界面缺陷少，复合损失下降，偏压外量子效率谱和变温开路电压测试都证实了这一点。
通过氧化锌成膜工艺和硒化锑背场处理的系列优化，研究人员最终取得了光电转换效率达5.93%的顶衬结构的硒化锑薄膜太阳能电池，并得到Newport公司的第三方权威认证。更重要的，由此制备的太阳能电池在未封装条件下表现出优异的稳定性，能够经历持续最大功率点工作、强紫外光照射、热震荡等苛刻考验，稳定性基本达到薄膜太阳能电池应用工业要求的IEC61646标准。相对于硫化镉缓冲层，使用氧化锌缓冲层器件稳定性明显提高的原因是：第一性原理计算显示Zn原子在硒化锑中的扩散能比Cd原子要大，高角暗场扫描透射电镜下的空间元素分布结果表明Cd在硒化锑中扩散接近50nm，而Zn的扩散则微乎其微，因此ZnO/Sb2Se3的异质界面扩散小、稳定性高。单色光开路电压衰减测试也显示氧化锌的吸光少，光生空穴对硒化锑的破坏得到抑制。该研究不仅发展了一维链状材料取向调控的新思路与新方法，而且初步解决了太阳能电池应用四大关键因素（效率、稳定性、低成本和低毒性）中的后三点，实现了较大的进展。