硫含量如何影響硫化錫提升太陽能電池效能？

太陽能電池將陽光轉化為潔淨能源，但若電池本身使用有毒材料製造，便可能失去其環保意義。因此，硫化錫（SnS）成為一個極具潛力的替代方案。硫化錫不僅環保，且自然界中含量豐富，成本相對低廉，是一種適合用於太陽能電池與熱電轉換裝置的半導體材料。

為了提升硫化錫在這些應用中的效能，日本東北大學的研究團隊系統性地探討了錫（Sn）與硫（S）比例偏離1:1時，對硫化錫薄膜電氣特性與形態的影響。過去，由於硫的高揮發性，在薄膜沉積過程中精確控制硫含量一直是一大挑戰。

由資深助理教授鈴木一誠與博士候選人野上太一領軍的研究團隊，開發了一種創新的硫等離子輔助濺鍍技術，能夠精準控制硫化錫薄膜中的硫含量。傳統的濺鍍技術是將硫化錫燒結靶材原子化後沉積到基板上，而這項新技術則在過程中引入了等離子活化的硫，從而實現了硫化錫成分的精確調控。

研究團隊在《APL Materials》期刊上發表了這項成果，並製作了錫硫比例分別為1:0.81、1:0.96、1:1與1:1.04的p型硫化錫薄膜，進一步分析其結構與電氣特性。鈴木教授指出：「我們發現，即使微調錫與硫的比例，也會對薄膜形態產生顯著影響。」具體而言，研究發現硫含量過高（S > 50%）會大幅提升載流子密度，而硫含量不足（S < 50%）則幾乎不會改變載流子密度。

此外，非化學計量比的硫化錫薄膜呈現粗糙且多孔的形態，而化學計量比（1:1）的薄膜則具有緻密結構與高電洞遷移率，這使其非常適合應用於太陽能電池。

這項研究強調了精確控制硫化錫薄膜中硫含量的重要性，並為提升其電氣效能與結構完整性提供了寶貴的見解。這些發現將有助於推動硫化錫在下一代能源轉換裝置中的實際應用。野上太一表示：「下一步是將這些最佳化的硫化錫薄膜整合到高效能太陽能電池中，我們希望進一步調整其效能與可擴充套件性，使其能夠用於產生潔淨能源，並協助對抗氣候變遷。」