近期，青岛能源所固态能源系统技术中心在高效铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳能电池领域研究方面取得重要进展。相关成果分别发表在Advanced Materials、Small、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A等世界知名期刊上。

CZTSSe太阳能电池具有元素储量丰富、成本低、稳定性高、无毒等诸多优点，目前其认证效率已经突破14.9%，已经达到光伏技术商业化的门槛。同时，CZTSSe太阳能可以直接兼容成熟的CIGS产业化路线，在薄膜太阳能电池领域展现出巨大的应用潜力。固态能源技术中心从2011年开始布局硫化物半导体材料的研究，在新材料开发、半导体薄膜制备以及器件开发方面开展了系统的研究工作，在硫化物光电材料、硫化物储能方面取得了一系列突破性进展。经过十余年持续研究投入，在CZTSSe太阳能电池方面实现了14.88%的第三方认证效率，在国际上处于该领域的第一梯队。

CZTSSe材料的多元组分性质导致了化学反应路径的多样性和相结构及缺陷性质的复杂性，从而限制了其性能的提升，是目前该领域面临的瓶颈问题。针对这一挑战，固态能源技术中心通过深入研究和创新策略，对体相及界面严重非辐射复合的难题提出了解决思路，显著提升了CZTSSe太阳能电池的开路电压和光电转换效率。

图1. 固态能源技术中心高效铜锌锡硫硒太阳能电池研究进展

通过在CZTSSe吸收层上界面进行In₂Se₃沉积后处理，团队成功重建了异质结界面，减少了深能级缺陷，形成表面弱n型缺陷，促进CZTSSe吸收层表面的p-n转换（Chemical Engineering Journal, 2023, 476, 146701），获得13.6%的光电转换效率。此外，研究团队还进一步通过优化前驱体溶液成分，成功制备了结晶度增强、缺陷减少的CZTSSe吸收层，将光电转换效率提高到14.1%（Small, 2023, 2308266）。通过继续深入探究硒化过程中元素不均匀的潜在机制，揭示了Cu从吸收层向后界面扩散的现象。为解决这一问题，团队创新性地引入了Al₂O₃阻挡层，有效抑制了二次相和有害缺陷的形成，从而获得了高度均匀的CZTSSe晶粒，使得光电转换效率达到14.9%，VOC超过570 mV，并获得14.6%的第三方认证效率（Advanced Materials, 202410.1002/adma.202400138）。

上述工作得到山东省自然科学基金重大基础研究项目、国家自然科学基金、中国科学院战略先导项目、中国科学院青促会、山东省泰山学者计划和山东能源研究院等项目的支持。(文/图 李怡萌、魏浩、崔长城、邵志鹏）