柔性銅鋅錫硫硒太陽能電池與光伏組件效率取得新紀(jì)錄

　　隨著可穿戴電子、分布式能源系統(tǒng)以及可集成光伏技術(shù)的發(fā)展，輕量化、可彎曲的柔性光伏器件正成為新能源技術(shù)的重要發(fā)展方向。銅鋅錫硫硒（CZTSSe）是一類由地殼豐度高、環(huán)境友好的元素構(gòu)成的新型無機薄膜光伏材料，兼具低成本潛力與優(yōu)異機械柔性，被認(rèn)為是未來便攜式能源和空間能源應(yīng)用的重要候選體系。目前，在結(jié)晶過程中實現(xiàn)多元體系的有序演化與缺陷協(xié)同調(diào)控，成為制約該光伏材料發(fā)展的核心問題。

　　近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心等，揭示了堿金屬元素在CZTSSe薄膜晶體生長過程中的差異化作用機制。

　　研究表明，傳統(tǒng)的鈉調(diào)控能夠促進晶粒生長并改善薄膜形貌，但會誘導(dǎo)SnSex中間相的大尺度偏析，限制器件電壓提升。基于此，研究人員提出動力學(xué)競爭調(diào)控策略，通過引入鋰元素調(diào)節(jié)銅相關(guān)相的自由能特性，使其在晶化過程中優(yōu)先消耗硒元素，抑制SnSex相的無序生長，實現(xiàn)多相體系的協(xié)同有序演化。

　　研究團隊進一步在柔性襯底上制備出高質(zhì)量CZTSSe薄膜，柔性太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達到14.5%（認(rèn)證效率14.2%），刷新了該類柔性器件效率紀(jì)錄。團隊同時構(gòu)建了疊瓦式柔性CZTSSe光伏組件，在10cm2上實現(xiàn)12.7%光電轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證效率12.0%），超越了現(xiàn)有的國際組件效率紀(jì)錄，還實現(xiàn)了柔性CZTSSe組件性能首次超過剛性器件。

　　該研究從材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控層面深化了對復(fù)雜多元半導(dǎo)體結(jié)晶行為的認(rèn)識，為多元化合物材料的有序生長提供了新的理論框架和技術(shù)路徑。這推動了柔性無機薄膜光伏技術(shù)的發(fā)展，也為未來高性能可集成能源系統(tǒng)的構(gòu)建提供了支撐。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國科學(xué)院相關(guān)項目等的支持。

基于疊瓦技術(shù)的CZTSSe柔性組件實現(xiàn)了12%的組件效率