我国新型太阳能电池效率突破15% 有望成为下一代光伏技术

谈及太阳能电池，大众脑海中往往浮现出那些铺设在屋顶上的深蓝色硅板。然而，科学家们始终在探索更经济、更环保、且原材料更为丰富的下一代太阳能技术。近期，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究团队在新型太阳能电池材料领域取得了重大突破，成功研发出光电转换效率超过15%的新材料，并得到了国际权威机构的认证。这一创新成果已发表在国际能源与材料领域的顶尖学术期刊《自然·能源》上，引起了广泛关注。

据了解，这项技术的核心材料叫：铜锌锡硫硒太阳能电池(简称CZTSSe)。其材料来源广泛，主要元素在地壳中储量丰富，不依赖稀有金属，材料成本低;其次溶液法制备，制备成本低;薄膜电池，材料用量低;另外，该材料还安全环保，不含有毒元素，适合大规模应用，在复杂环境中依然能保持性能。正因为这些优势，铜锌锡硫硒太阳能电池被认为是非常有潜力的下一代太阳能电池技术。

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”。我们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。

为了解决这一问题，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队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。

这一创新方法不仅能够显著促进晶粒的长大与排列整齐，而且显著降低了材料内部的缺陷，从而在源头上大幅提升了电池的发电效率。借助这一全新机制，研究团队实现了多项突破性成果：光电转换效率达到了惊人的15.45%，国际权威机构认证的效率也达到了15.04%。特别是在较窄带隙的条件下，研究团队成功实现了开路电压首次突破600毫伏的里程碑，这一突破为攻克该类型光伏器件的性能瓶颈提供了全新的思路。在材料生长机理的研究上，研究团队更是首次系统性地阐述了“离子迁移—缺陷—性能”之间的内在联系，为未来产业化应用奠定了坚实的理论基础。随着全球能源转型的不断加速，这一研究成果有望在未来的清洁能源体系中扮演关键角色，为推动绿色低碳发展贡献新的解决方案。