記者26日從中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所(以下簡(jiǎn)稱“青島能源所”)獲悉，該所研究團(tuán)隊(duì)圍繞銅鋅錫硫硒光伏硒化相變過(guò)程中“金屬離子遷移不可控”的技術(shù)瓶頸，提出了Li2SnS3界面相平衡調(diào)控金屬離子遷移、進(jìn)而輔助晶粒相變生長(zhǎng)的新機(jī)制。借助該方法，基于銅鋅錫硫硒材料的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率突破15%，標(biāo)志著我國(guó)在新一代太陽(yáng)能電池研究中走在了世界前列。相關(guān)研究成果25日發(fā)表在國(guó)際期刊《自然·能源》上。

銅鋅錫硫硒材料具有元素儲(chǔ)量豐富、成本低、穩(wěn)定性高、無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)，已成為光伏領(lǐng)域備受關(guān)注的新一代材料。但該材料在高溫制備過(guò)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(shí)，磚和鋼筋在施工過(guò)程中自行亂動(dòng)，導(dǎo)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(gè)比方，這一瓶頸導(dǎo)致銅鋅錫硫硒太陽(yáng)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(tuán)隊(duì)提出一個(gè)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L(zhǎng)i2SnS3的特殊結(jié)構(gòu)，可以在關(guān)鍵反應(yīng)過(guò)程中引導(dǎo)金屬離子按照正確路線移動(dòng)，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(duì)，這能夠讓晶粒長(zhǎng)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。”邵志鵬說(shuō)。

在這一新機(jī)制的助力下，研究團(tuán)隊(duì)所制備的銅鋅錫硫硒太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15.45%，國(guó)際權(quán)威認(rèn)證效率為15.04%;在較窄帶隙條件下，開(kāi)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(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供了關(guān)鍵理論與技術(shù)支撐。