零碳科技：15%，銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池點(diǎn)亮新一代光伏未來

2026年2月，中國光伏技術(shù)領(lǐng)域迎來里程碑式的重大突破。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱“青島能源所”）宣布，其研究團(tuán)隊(duì)攻克了銅鋅錫硫硒（CZTSSe）太陽能電池長期存在的核心技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率15%的歷史性跨越，相關(guān)研究成果以“Regulating grain growth via Li2SnS3 interphase in kesterite solar cells with certified efficiency exceeding 15%”為題發(fā)表在國際能源領(lǐng)域頂級期刊《自然?能源》（NatureEnergy）上。

這一突破不僅刷新了該技術(shù)路線的全球效率紀(jì)錄，更標(biāo)志著我國在下一代光伏技術(shù)的全球競爭中占據(jù)了先發(fā)領(lǐng)跑地位，為我國雙碳目標(biāo)落地、能源安全戰(zhàn)略保障、零碳產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建，提供了顛覆性的底層技術(shù)支撐。

為什么是下一代光伏的核心賽道？

在全球能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)的背景下，光伏已成為全球成本最低、增速最快的可再生能源，也是我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心支柱。當(dāng)前全球光伏市場中，晶硅電池（PERC、TOPCon、HJT）占據(jù)了95%以上的市場份額，但其發(fā)展正面臨著多重行業(yè)瓶頸：晶硅電池效率已逼近理論極限，高純硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)高能耗、高碳排放特征顯著，產(chǎn)業(yè)鏈上游硅料環(huán)節(jié)周期性波動劇烈，長期發(fā)展的可持續(xù)性面臨挑戰(zhàn)。

而其他新型薄膜電池技術(shù)，均存在難以克服的先天短板：碲化鎘（CdTe）電池存在鎘元素的毒性風(fēng)險(xiǎn)，且核心原料碲是地殼中極度稀缺的稀散金屬，無法支撐大規(guī)模裝機(jī)；銅銦鎵硒（CIGS）電池高度依賴銦、鎵等稀缺戰(zhàn)略資源，而銦同時(shí)是面板顯示產(chǎn)業(yè)的核心原料，供給約束極強(qiáng)，無法滿足全球數(shù)十TW級的光伏裝機(jī)需求；近年來大熱的鈣鈦礦電池，雖效率提升迅速，但長期穩(wěn)定性不足、鉛污染風(fēng)險(xiǎn)、大面積制備效率衰減嚴(yán)重等問題仍未得到根本解決，大規(guī)模商業(yè)化仍有較長的路要走。

正是在這樣的行業(yè)背景下，銅鋅錫硫硒（CZTSSe）電池憑借其無可替代的先天優(yōu)勢，成為全球公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮夥夹g(shù)路線之一。根據(jù)本次發(fā)布的研究成果，CZTSSe材料具備四大核心不可替代優(yōu)勢：

元素儲量無限，擺脫資源約束：銅、鋅、錫、硫、硒均為地殼中儲量豐富的常規(guī)礦產(chǎn)資源，不存在稀缺性瓶頸，可100%支撐全球長期大規(guī)模光伏裝機(jī)需求，從根本上解決了光伏產(chǎn)業(yè)對稀散金屬、貴金屬的依賴問題。

成本優(yōu)勢顯著，度電成本潛力巨大：原材料易得、價(jià)格低廉，且制備工藝無需超高純原料，理論原材料成本遠(yuǎn)低于晶硅電池與其他薄膜電池，有望進(jìn)一步拉低光伏度電成本，提升新能源在電力系統(tǒng)中的核心競爭力。

完全無毒環(huán)保，全生命周期零污染：不同于碲化鎘的鎘毒性、鈣鈦礦的鉛污染風(fēng)險(xiǎn)，CZTSSe材料完全無毒，生產(chǎn)、服役、退役全生命周期均無環(huán)境危害，完全契合綠色低碳的發(fā)展理念。

環(huán)境穩(wěn)定性優(yōu)異，全生命周期收益更高：CZTSSe材料的化學(xué)穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于鈣鈦礦材料，不存在濕度、溫度、光照下的快速降解問題，更適合長期戶外服役，可大幅降低光伏電站全生命周期的運(yùn)維成本，提升發(fā)電收益。

15%效率突破解決了什么行業(yè)難題？

既然CZTSSe電池具備如此突出的先天優(yōu)勢，為何長期以來未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地？核心瓶頸在于其制備過程中“金屬離子遷移不可控”的世界級難題，這也是本次技術(shù)突破的核心價(jià)值所在。

在CZTSSe電池的核心制備環(huán)節(jié)——高溫硒化相變過程中，材料內(nèi)部的銅、鋅、錫等金屬離子遷移速率存在巨大差異，尤其是Sn?+與Zn2+的遷移差異極為突出。可以把它想象成蓋房子時(shí)，磚和鋼筋在施工過程中自行亂動，導(dǎo)致房子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，性能自然不佳。

這種離子遷移的不可控性，會直接導(dǎo)致晶粒生長不均勻、元素偏析、晶界缺陷與深能級缺陷密集等問題。這些缺陷就像光伏材料內(nèi)部的“黑洞”，會持續(xù)消耗光生載流子，不僅大幅拉低電池的光電轉(zhuǎn)換效率，更會導(dǎo)致器件開路電壓長期偏低，成為制約CZTSSe電池發(fā)展的“卡脖子”難題，也使得該技術(shù)路線的效率長期停滯在14%左右，始終無法突破15%的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵關(guān)口。

針對這一核心難題，青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心崔光磊研究員帶領(lǐng)邵志鵬、崔長城博士等團(tuán)隊(duì)成員，提出了顛覆性的技術(shù)解決方案：Li?SnS?界面相平衡調(diào)控新機(jī)制。

Li2SnS3界面相調(diào)控金屬離子遷移示意圖

簡單來說，團(tuán)隊(duì)在CZTSSe初始晶粒周圍，引入了一層名為Li?SnS?的特殊界面相，它就像調(diào)控金屬離子遷移的“交通指揮員”，在硒化反應(yīng)的關(guān)鍵過程中，精準(zhǔn)平衡Sn?+/Zn2+的遷移差異，引導(dǎo)金屬離子按照預(yù)設(shè)路線有序移動，讓晶粒實(shí)現(xiàn)更大、更均勻、更穩(wěn)定的生長。這一技術(shù)從根本上減少了CZTSSe材料內(nèi)部的晶界缺陷與深能級缺陷，大幅提升了材料的結(jié)晶質(zhì)量，徹底破解了長期困擾行業(yè)的離子遷移不可控難題。

基于這一全新機(jī)制，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了三大歷史性突破：

效率突破15%大關(guān)：實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15.45%，經(jīng)第三方國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的效率達(dá)15.04%，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域研究走在世界前列；

開路電壓實(shí)現(xiàn)歷史性跨越：在1.10eV較窄帶隙條件下，首次將器件開路電壓突破600毫伏，解決了該類型光伏器件長期存在的開路電壓偏低痛點(diǎn)；

構(gòu)建了完整的理論與知識產(chǎn)權(quán)體系：團(tuán)隊(duì)從結(jié)晶動力學(xué)角度，完整解析了離子遷移與缺陷形成的內(nèi)在關(guān)系，為行業(yè)提供了全新的理論范式，同時(shí)完成了系統(tǒng)的知識產(chǎn)權(quán)布局，為產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

銅鋅錫硫硒太陽能電池圖片。(圖片來源：科研團(tuán)隊(duì))

從學(xué)術(shù)突破到國家能源安全的全方位價(jià)值

本次15%效率的突破，絕不僅僅是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室科研成果，更是對我國光伏產(chǎn)業(yè)、能源安全、雙碳戰(zhàn)略乃至全球能源轉(zhuǎn)型都具有深遠(yuǎn)影響的里程碑事件，其核心意義體現(xiàn)在五大維度。

學(xué)術(shù)意義：填補(bǔ)國際研究空白，登頂全球光伏技術(shù)前沿

團(tuán)隊(duì)提出的Li?SnS?界面相平衡調(diào)控新機(jī)制，從根本上破解了CZTSSe領(lǐng)域長期存在的核心科學(xué)難題，揭示了離子遷移、晶粒生長與缺陷形成的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為全球該領(lǐng)域的研究提供了全新的理論范式和技術(shù)路徑，填補(bǔ)了國際研究空白。此前全球CZTSSe電池效率長期停滯在14%的天花板，本次突破不僅打破了效率紀(jì)錄，更打開了該技術(shù)路線效率持續(xù)提升的全新空間，為全球下一代光伏技術(shù)發(fā)展指明了方向。

產(chǎn)業(yè)意義：打通產(chǎn)業(yè)化核心堵點(diǎn)，構(gòu)建自主可控的專利壁壘

長期以來，效率偏低、開路電壓不足是CZTSSe電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的核心堵點(diǎn)。本次15%的認(rèn)證效率突破，已經(jīng)達(dá)到了早期晶硅電池產(chǎn)業(yè)化的效率門檻，具備了商業(yè)化應(yīng)用的基本條件。更重要的是，本次突破解決了核心的缺陷控制難題，按照光伏技術(shù)的迭代規(guī)律，一旦核心瓶頸被打破，后續(xù)效率將進(jìn)入快速提升通道，有望快速逼近20%以上的理論效率極限。

同時(shí)，在全球光伏產(chǎn)業(yè)競爭從產(chǎn)能競爭轉(zhuǎn)向?qū)＠偁幍漠?dāng)下，團(tuán)隊(duì)完成的系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)布局，為我國在下一代光伏賽道構(gòu)建了自主可控的專利壁壘。當(dāng)前晶硅領(lǐng)域部分核心專利仍掌握在海外企業(yè)手中，而在CZTSSe這條全新賽道上，我國率先取得核心技術(shù)突破，有望徹底擺脫專利卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)，在下一代光伏產(chǎn)業(yè)的全球競爭中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。

國家能源安全意義：構(gòu)建可持續(xù)、全自主的光伏產(chǎn)業(yè)鏈體系

光伏產(chǎn)業(yè)是我國在全球具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是保障國家能源安全的核心抓手。但當(dāng)前我國光伏產(chǎn)業(yè)鏈仍面臨兩大核心安全隱患：一是高純硅生產(chǎn)的高能耗與硅料環(huán)節(jié)的周期性波動，二是部分新型技術(shù)路線對稀散金屬的依賴，存在供給卡脖子風(fēng)險(xiǎn)。

CZTSSe電池的技術(shù)突破，從根本上解決了這兩大隱患。其核心原材料均為我國儲量豐富的常規(guī)礦產(chǎn)，不存在對外依存度問題，可實(shí)現(xiàn)100%自主可控，從原材料端保障了我國光伏產(chǎn)業(yè)鏈的長期安全。同時(shí)，其無需稀缺資源的特性，能夠支撐我國雙碳目標(biāo)下數(shù)十TW級的長期光伏裝機(jī)需求，為我國構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提供了可持續(xù)的底層技術(shù)支撐。

此外，CZTSSe電池的薄膜化、柔性化特性，可完美適配建筑光伏一體化（BIPV）、分布式光伏、移動能源、車載光伏等多元場景，與晶硅電池形成優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)一步完善我國光伏技術(shù)體系，提升我國在全球能源轉(zhuǎn)型中的主導(dǎo)權(quán)。

雙碳與零碳轉(zhuǎn)型意義：為零碳經(jīng)濟(jì)提供低成本核心支撐

實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的核心，是大幅降低可再生能源的使用成本，推動高耗能行業(yè)的綠電替代。當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)正面臨度電成本下降空間收窄、全生命周期碳排放偏高的問題，而CZTSSe電池的技術(shù)突破，為解決這些問題提供了全新方案。

一方面，CZTSSe電池制備能耗遠(yuǎn)低于晶硅電池，原材料成本極低，理論上可實(shí)現(xiàn)比晶硅電池更低的度電成本，能夠進(jìn)一步加快煤電替代進(jìn)程，為雙碳目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)提供核心動力。另一方面，其全生命周期綠色低碳、完全無毒的特性，完美契合零碳園區(qū)、零碳城市、零碳建筑的建設(shè)需求。

在零碳園區(qū)建設(shè)中，CZTSSe電池的柔性化、輕量化、可定制化特性，可實(shí)現(xiàn)園區(qū)屋頂、幕墻、停車場、設(shè)施表面的分布式光伏全覆蓋，為園區(qū)提供穩(wěn)定、低成本的綠電供給，大幅降低園區(qū)碳排放。同時(shí)在全國碳市場建設(shè)持續(xù)完善的背景下，CZTSSe電池的低碳特性能帶來更高的碳減排收益，幫助高耗能企業(yè)降低履約成本，豐富碳市場減排項(xiàng)目類型，推動我國碳市場的高質(zhì)量發(fā)展。

全球競爭意義：中國領(lǐng)跑下一代光伏賽道，鞏固全球產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢

當(dāng)前，全球各國都在加緊布局下一代光伏技術(shù)，試圖在新一輪技術(shù)迭代中搶占先機(jī)，歐盟、美國、日本、韓國均在新型光伏技術(shù)研發(fā)上持續(xù)加大投入。在晶硅領(lǐng)域，我國已實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈全球領(lǐng)先，產(chǎn)能與市場份額占全球80%以上；而在下一代光伏賽道，全球仍處于同一起跑線，核心技術(shù)突破將直接決定未來產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)。

本次青島能源所的技術(shù)突破，標(biāo)志著我國在CZTSSe這條下一代光伏核心賽道上實(shí)現(xiàn)了全球領(lǐng)跑，率先突破15%的效率大關(guān)，掌握了底層核心技術(shù)與自主知識產(chǎn)權(quán)。這不僅鞏固了我國在全球光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢，更為我國在全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中爭取了更多話語權(quán)。同時(shí)，這項(xiàng)低成本、易推廣、無毒環(huán)保的技術(shù)，也為全球發(fā)展中國家的能源轉(zhuǎn)型提供了中國方案，加快全球碳中和進(jìn)程，展現(xiàn)了我國的大國擔(dān)當(dāng)。

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

必須客觀認(rèn)識到，本次15%的效率突破是實(shí)驗(yàn)室小面積電池的成果，從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，仍有一系列關(guān)口需要跨越：一是大面積制備的效率保持問題，如何在規(guī)模化生產(chǎn)中維持界面相的均勻性，避免效率大幅衰減；二是量產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性與成本控制，如何將實(shí)驗(yàn)室工藝轉(zhuǎn)化為高良率、低成本的連續(xù)化量產(chǎn)體系；三是長期服役的可靠性驗(yàn)證，需要完成25年以上的戶外老化測試，驗(yàn)證組件的全生命周期穩(wěn)定性。

但同時(shí)我們更要看到，本次突破已經(jīng)掃清了CZTSSe電池產(chǎn)業(yè)化最大的核心障礙，解決了底層的科學(xué)與技術(shù)難題。隨著后續(xù)研發(fā)的持續(xù)推進(jìn)、產(chǎn)業(yè)資本的入局，該技術(shù)的迭代將持續(xù)加速，效率有望快速提升，量產(chǎn)工藝也將逐步成熟。

未來，CZTSSe電池將率先在分布式光伏、BIPV、柔性光伏、移動能源等細(xì)分場景實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，逐步拓展至大型地面電站等主流場景，成為我國光伏產(chǎn)業(yè)新的增長極。

在雙碳目標(biāo)的指引下，中國零碳科技正迎來爆發(fā)式發(fā)展。從晶硅技術(shù)的持續(xù)迭代，到鈣鈦礦技術(shù)的快速追趕，再到CZTSSe技術(shù)的全球領(lǐng)跑，中國光伏產(chǎn)業(yè)正在用一項(xiàng)又一項(xiàng)技術(shù)突破，書寫全球能源轉(zhuǎn)型的中國故事。未來，隨著這些新一代光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地，必將構(gòu)建起自主可控、低成本、可持續(xù)的新能源體系，為全球碳中和事業(yè)貢獻(xiàn)中國智慧與中國力量。