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　　柔性電子全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南京郵電大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院黃維院士、辛顥教授團(tuán)隊(duì)在銅鋅錫硫硒薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究取得突破性進(jìn)展。相關(guān)成果于北京時(shí)間9月15日以“Solution-processed kesterite solar module with 10.1% certified efficiency”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Energy（《自然·能源》，DOI: 10.1038/s41560-025-01860-3），南京郵電大學(xué)為唯一通訊單位，黃維院士、辛顥教授以及青年教師王少熒為論文共同通訊作者，博士研究生相春旭和碩士研究生袁明君為共同第一作者。

　　團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶液法獲得大面積均勻Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜和紀(jì)錄效率太陽(yáng)能電池組件，揭示了制約CZTSSe薄膜均勻性的原因，并通過(guò)調(diào)控溶液組分提高薄膜孔隙率促進(jìn)垂直方向均勻結(jié)晶和橫向晶粒生長(zhǎng)，提高了薄膜均勻性和組件效率。通過(guò)優(yōu)化組件結(jié)構(gòu)減少非理想接觸和圖案化導(dǎo)致的電流損失和電阻損耗，進(jìn)一步提高了組件效率。面積10.48 cm2的組件經(jīng)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）認(rèn)證效率達(dá)到10.1%，創(chuàng)造了CZTSSe第一個(gè)組件世界紀(jì)錄。

(a) 前驅(qū)體溶液照片，(b) CZTSSe太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖，(c) 不同組分溶液（Tu1.5，Tu1.7）制備的前驅(qū)薄膜與吸收層薄膜在不同硒化階段的表面及截面SEM圖像，(d) Tu1.5與Tu1.7太陽(yáng)能電池光伏參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖，(e) 經(jīng)NREL認(rèn)證的效率為10.08%的CZTSSe組件I-V曲線圖，(f) 認(rèn)證組件正面照片，(g) 薄膜太陽(yáng)能電池組件（鈣鈦礦、有機(jī)、銅銦鎵硒（CIGS）、CZTSSe組件）CTM（Cell to Module）損失對(duì)比。

　　可大面積低成本溶液加工的薄膜太陽(yáng)能電池已經(jīng)成為新一代光伏的前沿并在鈣鈦礦和有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得快速發(fā)展。鋅黃錫礦結(jié)構(gòu)的多元無(wú)機(jī)化合物CZTSSe組成元素儲(chǔ)量豐富、吸收系數(shù)高、理論轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好，是另一種可以通過(guò)溶液制備的新興薄膜太陽(yáng)能電池。然而，與溶劑揮發(fā)過(guò)程中或在溶液中可直接形成目標(biāo)結(jié)構(gòu)的有機(jī)或鈣鈦礦薄膜不同，CZTSSe薄膜溶液法制備過(guò)程包括前驅(qū)膜沉積和高溫硒化結(jié)晶兩個(gè)關(guān)鍵步驟，而結(jié)晶過(guò)程涉及復(fù)雜的相演化和晶粒生長(zhǎng)，因此溶液法制備多元無(wú)機(jī)化合物薄膜仍存在挑戰(zhàn)，尤其是邁向?qū)嶋H應(yīng)用的大面積均勻薄膜制備及高效太陽(yáng)能組件方面。

　　針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)首先探究了造成CZTSSe薄膜均勻性差的根源。發(fā)現(xiàn)硒化初期薄膜表面過(guò)早形成致密結(jié)晶層，嚴(yán)重阻礙了硒蒸氣滲透到薄膜內(nèi)部，導(dǎo)致晶粒在縱向和橫向組分和結(jié)晶性的不均勻。通過(guò)調(diào)控溶液中硫脲和金屬比例（Tu/M 從1.5增加到1.7），有效增加了前驅(qū)膜孔隙率，更疏松的結(jié)構(gòu)不僅促使硒元素在硒化過(guò)程中充分滲透至薄膜內(nèi)部，而且為橫向晶粒生長(zhǎng)提供了空間，從而顯著提升了薄膜均勻性與表面平整度，將單節(jié)電池平均效率從12.4%提升至13.4%，標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.29%降至0.13%。該條件制備的大面積CZTSSe薄膜仍保持了優(yōu)異的均勻性，組件效率達(dá)到8.91%。進(jìn)一步通過(guò)組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化縮短了電流沿低導(dǎo)電性ITO通道和高電阻MoSe?層的傳輸路徑，提高了填充因子和組件效率，認(rèn)證效率達(dá)10.1%（有效面積10.48 cm2）。該組件的開(kāi)路電壓和電流密度CTM損失均低于鈣鈦礦、有機(jī)和銅銦鎵硒薄膜電池。

　　該工作不僅實(shí)現(xiàn)了CZTSSe組件的重大突破，同時(shí)證明溶液法制備大面積均勻多元無(wú)機(jī)化合物薄膜的可行性，為高性能多元無(wú)機(jī)化合物薄膜太陽(yáng)能電池及其組件的溶液加工制備提供了一條清晰可行的技術(shù)路徑，為綠色、低成本光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了切實(shí)可行的方案。

　　該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目 、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省研究生科研實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

（撰稿：辛顥、王少熒　初審：?jiǎn)套媲佟⒋餍薇蟆【庉嫞和醮婧辍徍耍簭堌S）