当大多数人想到太阳能电池时，首先想到的是屋顶上的深蓝色硅板。但实际上，科学家们一直在寻找更便宜、更环保、可以使用更丰富原材料的新一代太阳能技术。近日，中科院青岛生物能源研究所研究团队利用新型太阳能电池材料实现了超过15%的光伏转换效率，并获得国际权威机构认证。相关研究成果发表在能源与材料领域国际学术期刊《Nature Energy》上。
据了解，该技术的核心材料是铜、锌、锡、硫、硒太阳能电池（简称CZTSSe）。其材料来源广泛，主要元素丰富于地壳中。不依赖稀有金属和垫子航空成本低。其次，采用溶液法制造，制造成本低。薄膜电池消耗的材料更少。此外，该材料安全环保，不含有毒元素，适合大规模应用，在复杂环境下也能保持性能。由于这些优点，铜锌锡硫硒太阳能电池被认为是非常有前途的下一代太阳能电池技术。
尽管这些材料“很有根据”，但仍有一些关键问题长期以来一直困扰着研究人员。也就是说，在高温制备过程中，材料内部的金属离子往往会“跑动”。你可以把这想象成当你建造一座房子时，砖块和钢筋在建造过程中随机移动。结果，房子的结构变得不稳定，当然性能也不会提高。这也是CZTS效率难以被击败的重要原因硒太阳能电池。
为了解决这个问题，中国科学院青岛生物能源研究所的研究团队在材料内部引入了一个“界面”层，作为“交通指挥员”。这种被称为Li2SnS3的特殊结构，在关键反应过程中引导金属离子沿着正确的路径移动，使晶体结构更加均匀和稳定，就像重新排列“随机材料”一样。
这种方法可以让晶粒长得更大、更干净，显着减少材料中的缺陷，从根本上提高离子电池的发电量。借助这一新机制，研究团队的计划取得了多项重要成果。光电转换效率达到15.45%。国际认证效率为15.04%。窄带隙条件下，开路电压首次超过600 mV，为解决该类光伏器件的性能瓶颈提供了新思路。ce.首次从材料生长机制的角度系统地解释了离子迁移、缺陷和性能之间的关系。这些成果为未来的工业应用奠定了坚实的基础。随着全球能源转型加速，这项工作有望在未来清洁能源体系中发挥重要作用，为绿色发展和低碳发展提供新的解决方案。
（央视记者 帅俊全 楚尔佳）【编辑 苏宜宇】
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