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2月26日，科技日報記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）獲悉，該所研究團隊圍繞銅鋅錫硫硒光伏硒化相變過程中“金屬離子遷移不可控”的技術(shù)瓶頸，提出了Li?SnS?界面相平衡調(diào)控金屬離子遷移、進而輔助晶粒相變生長的新機制。借助該新方法，基于銅鋅錫硫硒材料的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率突破15%，標志著我國在新一代太陽能電池研究中走在了世界前列。相關研究成果于2月25日發(fā)表在國際期刊《自然·能源》上。

銅鋅錫硫硒材料具有元素儲量豐富、成本低、穩(wěn)定性高、無毒等優(yōu)勢，已成為光伏領域備受關注的新一代材料。但該材料在高溫制備過程中，其內(nèi)部的金屬離子容易“亂跑”。

“可以把它想象成蓋房子時，磚和鋼筋在施工過程中自行亂動，導致房子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，性能自然不佳。”青島能源所副研究員邵志鵬打了個比方，這一瓶頸導致銅鋅錫硫硒太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率一直難以突破。

為此，青島能源所研究團隊提出一個巧妙的新思路：在銅鋅錫硫硒材料內(nèi)部引入一層“界面相”作為“交通指揮員”。這層名為Li?SnS?的特殊結(jié)構(gòu)，可以在關鍵反應過程中引導金屬離子按照正確路線移動，讓晶體結(jié)構(gòu)更加均勻、穩(wěn)定。

“該方法就像把‘亂跑的材料’重新排好隊，這能夠讓晶粒長得更大、更整齊，明顯減少了銅鋅錫硫硒材料內(nèi)部的缺陷，從根本上提升了電池的發(fā)電能力?！鄙壑均i解釋說。

在這一新機制的助力下，研究團隊所制備的銅鋅錫硫硒太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達到15.45%，國際權(quán)威認證效率為15.04%；在較窄帶隙條件下，開路電壓首次突破600毫伏，為解決該類型光伏器件的性能瓶頸提供了新思路。這些成果也為銅鋅錫硫硒太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程提供了關鍵理論與技術(shù)支撐。