低维半导体材料具有独特的载流子输运性质及各向异性的结构特点，在光电子器件及催化领域具有重要的应用。近年来，以硒硫化锑为代表的低维半导体材料因其合适的带隙、稳定的化学性质等被认为是极具潜能的一种新兴太阳能电池材料。目前其光电转换效率已经突破10%，意味着该材料具有重要的开发价值。
点缺陷工程对于半导体材料性能的调控至关重要。一方面，点缺陷可以决定半导体材料的载流子浓度和导电类型；另一方面，点缺陷可导致陷阱辅助的Shockey-Read-Hall复合，而这种非辐射复合形式往往与光伏器件的开路电压损失密切相关。因此，深入了解点缺陷的特性和形成机制是实现高光电转换效率的关键。据此，中国科学技术大学陈涛教授课题组基于深能级瞬态谱技术（DLTS），对硫化锑（Sb2S3，图1(a), (b)）中的深能级缺陷特性进行了研究，揭示了Sb2S3中深能级缺陷特性与组分、结构的依赖关系。
其一，建立了点缺陷与化学计量比之间的联系。结果表明，富锑的薄膜具有三个电子陷阱，E1、E2和E3（分别对应Sbi、VS和SbS, 图1(c)），而富硫的薄膜则只观测到两个空穴陷阱，H1和H2（分别对应VSb和SSb, 图1(d)）。其能级与价带（导带）之间的相对位置如图2所示；表明硫化锑薄膜中的深能级缺陷具有明显的组分依赖性。作者在文中给出了详细的缺陷形成机制。
其二，揭示了低维半导体材料点缺陷的独特性。该研究发现缺陷 E1 (Sbi) 对载流子寿命影响较小，表明(Sb4S6)n带间隙对杂质原子具有一定的容忍性，这是准一维半导体材料的独特性质，该发现也提供了一种调控该类低维材料性能的独特方法。
该研究揭示了低维材料的缺陷特性，并为其在光电子器件、催化等领域的高效应用提供了性质调控方面的指导。这一研究工作于2021年5月31日发表在Nature Communications（2021, 12: 3260），第一作者是中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生连伟涛，通讯作者是中国科学技术大学化学与材料科学学院陈涛教授。研究得到了科技部、国家自然科学基金委等的支持。

图1. (a, b)硫化锑的晶体结构示意图. (c) 富锑-硫化锑与(d)富硫-硫化锑的缺陷性质表征结果.

图2. (a)富锑-硫化锑与(b)富硫-硫化锑的缺陷能级及 (c)异质结示意图.