中國研究人員創造銅鋅錫硫太陽能電池效率新世界紀錄：15.45%

研究人員稱，其銅鋅錫硫（黃錫礦）領域的突破為下一代太陽能電池的大規模生產鋪平了道路。

中國科學院的研究人員研制出一種新型銅鋅錫硫（黃錫礦）太陽能電池，其能量轉換效率創造了世界紀錄。

在測試中，該團隊的太陽能電池實測效率達到15.45%，并獲得國際第三方認證的效率為15.04%。研究人員稱，這一新突破為使用該材料的下一代太陽能電池的工業化生產鋪平了道路。

下一代薄膜太陽能電池

銅鋅錫硫（黃錫礦）是一種天然存在的礦物，由銅、鋅、錫和硫組成。它因其原料豐富、無毒且生產成本低廉，在下一代薄膜太陽能電池應用中極具前景。

正如《光伏雜志》的一篇報道所指出的，預計未來銅鋅錫硫不會出現供應瓶頸。在這方面，它比銅銦鎵硒化合物是更好的候選材料，因為預計銅銦鎵硒會出現供應瓶頸。然而，在大規模生產中，銅鋅錫硫的效率不如銅銦鎵硒。此外，迄今為止，充分發揮銅鋅錫硫潛力的努力也一直受到制造過程中形成的缺陷的阻礙。

在此次最新成果之前，銅鋅錫硫太陽能電池的世界紀錄效率為14.2%。這是由同一個中科院團隊于2024年6月在實驗室規模的器件上實現的。中科院在一份新聞稿中解釋說，為了創造新紀錄，他們解決了"不可控的金屬離子遷移"這一"核心技術挑戰"。

當可移動離子在晶格內交換位置時，就會發生這種情況。這會產生缺陷，從而降低效率、導致性能逐漸退化，并損害穩定性以及長期可靠性。

克服不可控的金屬離子遷移

為了克服不可控的金屬離子遷移問題，該團隊提出了一種利用界面相平衡的新機制。

他們開發了一種基于名為Li?SnS?（LTS）的鋰錫硫化合物的中間相。據該團隊稱，這改變了陽離子遷移路徑，平衡了銅和錫遷移的差異。它還穩定了電池結，提高了效率和可靠性。

中科院在其聲明中指出："通過減慢反應動力學，LTS中間相能夠實現更可控的晶粒生長，從而促進形成更大、更均勻的晶粒。""這顯著減少了深能級缺陷，并提高了整體晶體質量。"

該團隊在標準光照條件下測試了他們的新型電池，發現其效率達到了15.45%，并且在1.10 eV的帶隙下，開路電壓超過了600 mV。該團隊表示，這"代表了該材料的一個異常高的電壓，表明長期存在的能量損耗問題可以被克服。"

中科院團隊還宣布，由于這一新突破，他們已經創建了一個涵蓋整個LTS工藝的知識產權組合。這將為CZTSSe太陽能電池的最終產業化提供支持。

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