太陽能電池制造及光伏性能赞哗。圖片來源：《自然·能源》(2025)
 

這些材料包括基于錫鋅礦的材料，例如Cu?ZnSnS? (CZTS)庭走，這是一種半導(dǎo)體材料蕴脯，其晶體結(jié)構(gòu)與天然存在的錫鋅礦礦物類似。與目前最常用的傳統(tǒng)硅基光伏電池相比荸凸，錫鋅礦太陽能電池具有諸多優(yōu)勢曼沐，包括更低的制造成本、更低的毒性成分和更高的靈活性一恃。

盡管潛力巨大搏贤，但迄今為止開發(fā)的硫鋅礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 卻遠(yuǎn)低于硅基太陽能電池。這在很大程度上是由于硫鋅礦基材料中存在原子級缺陷婶祥，這些缺陷會捕獲載流子并引發(fā)非輻射復(fù)合付准，而非輻射復(fù)合過程會導(dǎo)致能量損失，從而降低太陽能電池的性能阴迹。

深圳大學(xué)和雷恩大學(xué)的研究人員最近推出了一種新的鈍化技術(shù)佩艇，該技術(shù)可以幫助抑制CZTS和其他錫鋅礦中的缺陷，從而提升基于這些材料的太陽能電池的性能俭疤。他們提出的技術(shù)發(fā)表在《自然能源》雜志上送丰，經(jīng)驗證，該技術(shù)可使太陽能電池的效率達(dá)到11.51%弛秋，且無需使用任何其他添加劑來改善材料性能器躏。

“CZTS 是一種極具競爭力的光伏材料，尤其適用于多結(jié)太陽能電池蟹略，”吳彤登失、陳碩及其同事在論文中寫道遏佣。“然而，器件的功率轉(zhuǎn)換效率多年來一直停滯不前揽浙。深能級缺陷状婶，例如硫空位 (V S )，會導(dǎo)致嚴(yán)重的載流子非輻射復(fù)合馅巷。我們提出了一種通過在富氧環(huán)境中對 CdS/CZTS 異質(zhì)結(jié)進(jìn)行熱處理來鈍化 V S的策略膛虫。”

該研究團(tuán)隊設(shè)計的鈍化策略需要在富氧環(huán)境中加熱CdS/CZTS異質(zhì)結(jié)，即錫鋅礦材料(即CZTS)與硫化鎘(CdS)緩沖層之間的界面钓猬。緩沖層是太陽能電池中的中間層稍刀，位于吸收材料(在本例中為CZTS)和透明導(dǎo)電材料之間。

“在這個過程中草悦，V S被氧原子占據(jù)赔绒，從而抑制了 V S缺陷，”吳蝠兽、陳及其同事解釋說迁搜。“此外，Cd 離子向 CZTS 吸收層的擴(kuò)散督阿，以及正 Na-O 和 Sn-O 復(fù)合物的形成，可以鈍化相關(guān)缺陷埂伺。這些效應(yīng)可以減少電荷復(fù)合畴制，并實現(xiàn)更有利的能帶排列。”

為了證明其鈍化方法的潛力夭掸，研究人員將其應(yīng)用于真實的CZTS太陽能電池译快，并通過一系列測試評估了這些電池的性能。他們發(fā)現(xiàn)呢烦，該策略無需使用任何添加劑或外部摻雜策略攻内，即可提高電池的PCE。

吳闻蛀、陳及其同事寫道：“我們證明了匪傍，在無需任何外部陽離子合金化的情況下，空氣溶液處理的CZTS太陽能電池(帶隙為1.5 eV)的認(rèn)證效率達(dá)到11.51%觉痛。這項研究為錫鋅礦太陽能電池的缺陷鈍化和性能改進(jìn)機(jī)制提供了見解役衡。”

未來，吳薪棒、陳及其同事的最新研究以及他們設(shè)計的新鈍化策略可以得到進(jìn)一步完善手蝎，并應(yīng)用于其他基于錫鋅礦的太陽能電池。最終俐芯，它將有助于這些太陽能電池的進(jìn)步棵介，進(jìn)而促進(jìn)它們在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用钉鸯。