铜锌锡硫硒太阳能电池光电转换效率突破15%

记者26日从中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)获悉，该所研究团队围绕铜锌锡硫硒光伏硒化相变过程中“金属离子迁移不可控”的技术瓶颈，提出了Li2SnS3界面相平衡调控金属离子迁移、进而辅助晶粒相变生长的新机制。借助该方法，基于铜锌锡硫硒材料的太阳能电池光电转换效率突破15%，标志着我国在新一代太阳能电池研究中走在了世界前列。相关研究成果25日发表在国际期刊《自然·能源》上。

铜锌锡硫硒材料具有元素储量丰富、成本低、稳定性高、无毒等优势，已成为光伏领域备受关注的新一代材料。但该材料在高温制备过程中，其内部的金属离子容易“乱跑”。

“可以把它想象成盖房子时，砖和钢筋在施工过程中自行乱动，导致房子结构不稳，性能自然不佳。”青岛能源所副研究员邵志鹏打了个比方，这一瓶颈导致铜锌锡硫硒太阳能电池的光电转换效率一直难以突破。

为此，青岛能源所研究团队提出一个巧妙的新思路：在铜锌锡硫硒材料内部引入一层“界面相”作为“交通指挥员”。这层名为Li2SnS3的特殊结构，可以在关键反应过程中引导金属离子按照正确路线移动，让晶体结构更加均匀、稳定。

“该方法就像把‘乱跑的材料’重新排好队，这能够让晶粒长得更大、更整齐，明显减少了铜锌锡硫硒材料内部的缺陷，从根本上提升了电池的发电能力。”邵志鹏说。

在这一新机制的助力下，研究团队所制备的铜锌锡硫硒太阳能电池光电转换效率达到15.45%，国际权威认证效率为15.04%;在较窄带隙条件下，开路电压首次突破600毫伏，为解决该类型光伏器件的性能瓶颈提供了新思路。这些成果也为铜锌锡硫硒太阳能电池的产业化进程提供了关键理论与技术支撑。