铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池效率突破15%

　铜锌锡硫硒（Cu₂ZnSn(S,Se)₄，CZTSSe）薄膜太阳能电池因元素丰富、无毒稳定、制备成本低且产业兼容性好，被认为是极具潜力的新型薄膜光伏技术。其带隙可调的特点还使其在全薄膜叠层器件和空间能源系统中展现出应用潜力。

然而，受复杂缺陷影响，CZTSSe太阳能电池自2013年后长期陷入效率瓶颈。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队围绕该体系持续开展系统研究，近年来先后实现13%和14%的效率突破（Nature Energy 2023, 8, 526; Nature Energy 2024, 9, 1095），并于2024年4月率先实现全球首个超过15%的认证效率，达到15.1%，相关结果被国际权威光伏统计收录，推动CZTSSe太阳能电池首次跨越产业化关键门槛。

近期，团队进一步揭示了这一效率突破背后的关键机制。研究发现，CZTSSe在硒化结晶过程中存在相演化失衡问题：ZnSe先于Cu₂SnSe₃（CTSe）形成，易导致ZnSe提前累积并逐渐失活，进而增加Zn相关替位缺陷形成的概率。针对这一问题，团队提出了钠活化硒化策略，通过引入高反应活性的Na-Se化合物促进CTSe在更低温度下形成，使CTSe与ZnSe进入更同步的演化路径。该策略有效减轻了Zn偏析，降低了吸收层缺陷密度，并显著提升器件性能。优化后器件最高效率达到15.5%，第三方认证效率达到15.1%（图1）。

该成果以“Suppressing defects in Kesterite solar cells via balanced phase evolution to enable 15.1% certified record efficiency”为题发表于Joule。中国科学院物理研究所E02组博士生焦梦翰、张博闻、博士后王金琳、徐啸为该论文共同第一作者，物理所石将建副研究员、孟庆波研究员为该论文的共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后创新人才支持计划、浙江省自然科学基金以及中国科学院青年创新促进会等项目支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435126000292