一、背景

在可再生能源领域，开发高效、低成本的光伏材料是核心研究方向。硒化镉（CdSe）作为一种II-VI族直接带隙半导体，具有约1.7 eV的理想光学带隙、高光吸收系数及稳定的化学性质，被认为是极具潜力的太阳能电池光吸收层材料，尤其在叠层电池和光电化学电池中应用前景广阔。然而，制备高质量、低缺陷密度的CdSe薄膜并有效提升其光电转换效率，仍是实现其产业化应用的关键挑战。

二、技术原理

本研究采用电化学沉积法在FTO导电玻璃上制备CdSe薄膜。其原理是：在含有Cd²⁺（源自CdSO₄）和SeO₂的酸性电解液中，SeO₂首先被还原为Se²⁻，随后Se²⁻与Cd²⁺在阴极（FTO基底）表面共沉积形成CdSe薄膜。通过精确控制沉积电势（-0.65 V vs SCE）和pH值（2.50），可获得具有立方闪锌矿结构、表面致密的薄膜。为进一步优化性能，研究系统对比了化学刻蚀（HCl溶液去除表面缺陷和无定形相）、退火处理（空气中500°C促使亚稳立方相向稳定六方相转变并提升结晶性）以及先退火再化学刻蚀三种后处理工艺。这些处理旨在改善薄膜的结晶质量、减少晶界缺陷、调节载流子浓度，从而降低电荷复合，提升光生电荷的分离与收集效率。

三、应用场景

优化后的CdSe薄膜主要应用于新型光电器件。其首要应用方向是光电化学电池，可直接将太阳能转化为氢能或用于环境修复。本研究显示，经过“退火+化学刻蚀”协同处理的CdSe薄膜，在零偏压下的光电流密度高达5.90 mA cm⁻²，显著提升了器件的光电响应能力。此外，该高质量CdSe薄膜也可作为薄膜太阳能电池的吸收层，特别是应用于与CdTe等材料结合的叠层电池中，能更有效地利用太阳光谱。优化的制备工艺为开发低成本、高效率的太阳能转换器件提供了可靠的材料基础。

四、未来展望

未来研究将围绕进一步提升转换效率和稳定性展开。一方面，可探索不同刻蚀剂或钝化层（如硫化镉）来更有效地钝化表面缺陷，抑制载流子复合。另一方面，研究可向多元化合物（如ZnCdSe）电沉积拓展，通过组分调控实现带隙的精确剪裁。从器件结构创新角度看，将优化后的CdSe薄膜与钙钛矿等新兴材料构建叠层电池，有望突破单结电池的肖克利-奎伊瑟效率极限。最终，通过持续优化沉积与后处理工艺，CdSe基光电器件有望在低成本太阳能转换领域实现规模化应用。