中國研究人員創(chuàng)造銅鋅錫硫太陽能電池效率新世界紀錄：15.45%

研究人員稱，其銅鋅錫硫（黃錫礦）領(lǐng)域的突破為下一代太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路。

中國科學(xué)院的研究人員研制出一種新型銅鋅錫硫（黃錫礦）太陽能電池，其能量轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)造了世界紀錄。

在測試中，該團隊的太陽能電池實測效率達到15.45%，并獲得國際第三方認證的效率為15.04%。研究人員稱，這一新突破為使用該材料的下一代太陽能電池的工業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路。

下一代薄膜太陽能電池

銅鋅錫硫（黃錫礦）是一種天然存在的礦物，由銅、鋅、錫和硫組成。它因其原料豐富、無毒且生產(chǎn)成本低廉，在下一代薄膜太陽能電池應(yīng)用中極具前景。

正如《光伏雜志》的一篇報道所指出的，預(yù)計未來銅鋅錫硫不會出現(xiàn)供應(yīng)瓶頸。在這方面，它比銅銦鎵硒化合物是更好的候選材料，因為預(yù)計銅銦鎵硒會出現(xiàn)供應(yīng)瓶頸。然而，在大規(guī)模生產(chǎn)中，銅鋅錫硫的效率不如銅銦鎵硒。此外，迄今為止，充分發(fā)揮銅鋅錫硫潛力的努力也一直受到制造過程中形成的缺陷的阻礙。

在此次最新成果之前，銅鋅錫硫太陽能電池的世界紀錄效率為14.2%。這是由同一個中科院團隊于2024年6月在實驗室規(guī)模的器件上實現(xiàn)的。中科院在一份新聞稿中解釋說，為了創(chuàng)造新紀錄，他們解決了"不可控的金屬離子遷移"這一"核心技術(shù)挑戰(zhàn)"。

當可移動離子在晶格內(nèi)交換位置時，就會發(fā)生這種情況。這會產(chǎn)生缺陷，從而降低效率、導(dǎo)致性能逐漸退化，并損害穩(wěn)定性以及長期可靠性。

克服不可控的金屬離子遷移

為了克服不可控的金屬離子遷移問題，該團隊提出了一種利用界面相平衡的新機制。

他們開發(fā)了一種基于名為Li?SnS?（LTS）的鋰錫硫化合物的中間相。據(jù)該團隊稱，這改變了陽離子遷移路徑，平衡了銅和錫遷移的差異。它還穩(wěn)定了電池結(jié)，提高了效率和可靠性。

中科院在其聲明中指出："通過減慢反應(yīng)動力學(xué)，LTS中間相能夠?qū)崿F(xiàn)更可控的晶粒生長，從而促進形成更大、更均勻的晶粒。""這顯著減少了深能級缺陷，并提高了整體晶體質(zhì)量。"

該團隊在標準光照條件下測試了他們的新型電池，發(fā)現(xiàn)其效率達到了15.45%，并且在1.10 eV的帶隙下，開路電壓超過了600 mV。該團隊表示，這"代表了該材料的一個異常高的電壓，表明長期存在的能量損耗問題可以被克服。"

中科院團隊還宣布，由于這一新突破，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個涵蓋整個LTS工藝的知識產(chǎn)權(quán)組合。這將為CZTSSe太陽能電池的最終產(chǎn)業(yè)化提供支持。

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