随着传统化石能源的过度开采与使用,环境污染和能源危机变得日益严重,将清洁可再生的太阳能转化为电能的光伏器件受到了广泛关注。目前,被广泛研究的光伏器件种类较多,如晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等,其中薄膜太阳能电池因制备成本低、工艺简单、易柔性、轻便、适合建筑集成等优势而成为研究的热点。铜铟镓硒和碲化镉薄膜太阳能电池在实验室已经实现超过22%的转化效率,但原料成本和毒性一定程度地限制了其在实际生活中的推广与应用。硒化锑是一种廉价、无毒、稳定的新型无机薄膜太阳能电池材料,具有禁带宽度合适（¹.1 eV）、吸光系数大(10⁵ cm^-1)、物相简单、长晶温度低等优势,发展潜力巨大。短短几年内,硒化锑薄膜太阳能电池的光电转化效率实现了从0.66%到7.60%的快速发展,但与其理论转化效率（>30%）相比,其光电转化效率还有很大的提升空间。效率提升是一个系统工程,深入理解硒化锑的基本物理性质是基础和前提,因为它决定器件结构的选择以及工艺优化的方向。但硒化锑太阳能电池起步较晚、研究较少,目前尚未有文献系统地报道硒化锑的基本光电物理性质,主要原因有三:硒化锑的间接带隙特性使得其缺陷深度、缺陷浓度、载流子寿命等基本物理参数不能简单地由荧光光谱测试获得;硒化锑的高阻特性使得其载流子浓度、载流子迁移率、载流子扩散长度等不能由常用的霍尔效应测试获得;硒化锑的各向异性晶体结构加大了研究难度。本课题从材料和器件表征两方面入手,旨在建立硒化锑的基本物理性质数据库,为硒化锑太阳能电池的发展提供理论基础。研究内容具体包括以下四个部分:（1）系统地研究了硒化锑的光学性质。首先,通过椭偏仪法和斯瓦内普尔法,获得了硒化锑光学频段的复折射率和复介电常数,再通过平板电容器法,获得了射频波段的介电常数。然后,根据吸收光谱、椭偏仪谱、光热偏转谱、第一性原理计算等方法,获得了硒化锑的吸收系数,并且基于硒化锑的分波态密度对其较高的吸收系数做了详细的解释。此外,基于变温透过率光谱,结合Tauc拟合对硒化锑的准直接带隙特性做了深入的研究。最后,根据低能光子的吸收系数,研究了硒化锑薄膜的带尾态吸收效应并且获得了乌尔巴赫能。（2）系统地研究了硒化锑的电学性质。结合二探针和四探针法,得到了硒化锑的电导率以及接触电阻。基于薄膜场效应晶体管、飞行时间、空间电荷限制电流、高温霍尔效应等测试方法,获得了硒化锑薄膜的载流子迁移率。利用瞬态吸收测试,得到了硒化锑薄膜的载流子寿命。利用以上数据,计算出了硒化锑的载流子浓度和扩散长度,并与偏压量子效率测试的结果一致。最后利用变温电导法研究了硒化锑的缺陷激活能,并通过空间电荷限制电流法计算出了硒化锑的缺陷浓度。（3）结合硒化锑的光电性质表征和器件物理表征,研究了限制硒化锑太阳能电池效率提升的主要因素。首先对硒化锑太阳能电池的开路电压损失、短路电流密度损失以及填充因子损失做了定量的分析,然后基于电容-电压、电容-频率、深能级瞬态谱、驱动级电容剖面等测试方法,对硒化锑的缺陷类型、浓度、深度以及分布进行了详细的表征。接着通过瞬态光电流和瞬态光电压等测试,研究了硒化锑太阳能电池的载流子复合动力学过程。最后通过SCAPS软件模拟定量地评估了寄生电阻、掺杂浓度、缺陷浓度等参数对器件性能的影响。（4）提出晶界载流子类型反转模型,实现硒化锑太阳能电池效率的突破。深缺陷复合是限制硒化锑太阳能电池光电转化效率的主要原因,但从工艺上消除缺陷难度极大。利用硒化锑的一维特殊晶体结构,通过铜离子处理,实现硒化锑的晶界载流子类型反转,从而在晶界与晶粒之间形成内建电场,将光生电子和空穴从空间上分离,有效抑制了深缺陷复合,显著提高了载流子收集效率,将硒化锑太阳能电池的光电转化效率从5.60%提高到7.04%。