效率突破15%！我国新一代太阳能电池研究取得重要进展

提到太阳能电池，很多人首先想到的是屋顶上的深蓝色硅板。但其实，科学家们一直在寻找更便宜、更环保、原材料更充足的新一代太阳能技术。

近日，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）传来好消息：研究团队在一种新型太阳能电池材料上，实现了超过15%的光电转换效率，并获得了国际权威机构认证。这一成果，标志着我国在新一代太阳能技术研究中走在了世界前列。

这是一种什么样的太阳能电池呢？

这项技术的核心材料叫做铜锌锡硫硒太阳能电池（简称 CZTSSe）。

听名字可能有点拗口，但它有几个非常“接地气”的优点：

1）材料来源广泛：主要元素在地壳中储量丰富，不依赖稀有金属，材料成本低;

2）成本低：溶液法制备，制备成本低；薄膜电池，材料用量低；

3）安全环保：不含有毒元素，更适合大规模应用;

4）稳定耐用：在复杂环境中依然能保持性能;

正因为这些优势，CZTSSe 被认为是非常有潜力的下一代太阳能电池技术。

图1：CZTSSe太阳能电池图片

虽然这种材料“底子很好”，但长期以来有一个关键难题困扰着科研人员——在高温制备过程中，材料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己乱移动，结果房子结构不稳，性能自然就上不去。这也是为什么 CZTSSe 太阳能电池的效率一直难以突破的重要原因。

而青岛能源所的研究团队提出了一个巧妙的新思路：在材料内部引入一层“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，就像把“乱跑的材料”重新排好队。

图2：Li2SnS3界面相调控金属离子迁移示意图

这一方法能够让晶粒长得更大、更整齐，明显减少了材料内部的缺陷，从根本上提升了电池的发电能力！并且在这一新机制的帮助下，研究团队取得了一系列重要成果：光电转换效率达到15.45%；国际权威认证效率15.04%；在较窄带隙条件下，开路电压首次突破600 mV，为解决该类型光伏器件的性能瓶颈提供了新思路；从材料生长机理层面，首次系统解释了“离子迁移—缺陷—性能”之间的关系，这些成果不仅在学术上具有重要意义，也为未来的产业化应用打下了坚实基础。

相关研究成果以《Regulating grain growth via Li2SnS3 interphase in kesterite solar

cells with certified efficiency exceeding 15%》发表在国际能源与材料领域顶级期刊 Nature Energy 上，获得了学术界和产业界的广泛关注。

随着全球能源转型加速，这项成果有望在未来的清洁能源体系中发挥重要作用，为绿色低碳发展贡献新的方案。（大众新闻·大众日报记者  薄克国   通讯员  邵志鹏）