5年近万次！他们，创造了铜锌锡硫薄膜太阳能电池“中国最高效率”

交汇点讯 今年9月，中国可再生能源学会光伏专业委员会（CPVS）发布了2020年太阳电池中国最高效率（CPVS Best Research Cell Efficiencies），南京邮电大学材料科学与工程学院辛颢教授课题组“IAM团队”的铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳能电池登榜，这是铜锌锡硫类薄膜太阳能电池首次登榜，也是太阳能电池领域研究的重大突破。

今天，交汇点记者找到了这个高校团队，揭开“中国最高效率”的面纱。

随着能源危机、环境污染等问题日益严重，开发新能源迫在眉睫。太阳能作为一种清洁能源，具有其取之不尽、用之不竭等优点，因此作为太阳能利用方式之一的太阳能电池被广泛研究。在众多太阳能电池中，铜锌锡硫硒薄膜电池作为第三代太阳能电池，其吸光层材料组成元素地壳丰度高，低毒性，理论效率高，是一种可持续发展的绿色光伏材料。

“铜锌锡硫硒具备组份元素储量丰富、毒害低、光吸收系数大和带隙可调节等优点，理论转化效率高达32.2%，作为绿色光伏材料，很有潜力。”辛颢教授告诉记者，2013年Mitzi等人利用非真空肼溶液法率先创造了12.6%的世界效率记录，2019年Kim 等人通过真空溅射法也同样制备出了12.62%的铜锌锡硫硒器件。铜锌锡硫硒太阳能电池世界效率经过6年发展依然停留在12.6%，这既是挑战，也是机遇。

辛教授在美国从博士后到研究员，从事薄膜太阳能电池研究九年，在后三年才开始铜锌锡硫硒薄膜电池的研究。2015年，辛教授从美国归来，在国内的第一个项目就是铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池，她说：“每周我们都能做出超过30个小电池块，就这样坚持了五年，虽然还没有刷新到预想的结果，但我们团队的学生们都在坚持，这也让我看到了国内科研的年轻力量。”

“铜锌锡硫组成元素地球储量丰富，其原料成本只有硅的八分之一，铜铟镓硒的五分之一，这也是铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池很大的一个优势，相较于条件苛刻的真空溅射法，我们用的溶液法具有通过控制前驱体化合物组成和用量对溶液中元素价态、比例进行精准控制以及易于引入掺杂离子等诸多优点，同时也符合绿色发展理念。”学化学出身的辛颢教授结合自身优势，通过控制溶液中的化合反应来控制前驱膜的性质，进而调控铜锌锡硫硒吸光层的光电性质及光伏性能，将DMSO溶液法制备的铜锌锡硫硒电池性质由最初的4.3%逐步提高到目前的12.4%。本次入选中国最高效率的铜锌锡硫电池为2018年完成并经世界权威机构认证，能量转换效率为11.56%，达到国际领先水平。

“目前，我们实验室最新刷新的转换效率是活性面积效率13.6%，而且首次将电池的开路电压损失 （这也是目前铜锌锡硫电池的瓶颈问题）降低到了300毫伏以下。五年下来，差不多做了近万个小电池块了。龚元才、张一凡、邱瑞婵、牛传友、朱强和周亚格都是这个课题组的学生，他们在南邮的实验室里日复一日地坚持着，这也让我很感动。”辛颢教授课题组的研究成果在Nano Energy, Solar RRL, Science China Materials等国际知名期刊发表，在IEEE PVSC（IEEE Photovoltaic Specialists Conference）, MRS（Materials Research Society）,ACS（American Chemical Society）等国际会议上被报道，申请多项中国发明专利并已授权，获得广泛认可。

交汇点记者 葛灵丹 

通讯员 张前

编辑: 谢诗涵