在"双碳"目标推动下,光伏技术迭代正加速推进。
长期以来,铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池虽具备原材料储量丰富、环境友好等优势,却因硒化相变过程中金属离子迁移不可控,导致开路电压偏低、效率难以突破14%的行业瓶颈,严重制约其产业化进程。
中科院青岛能源所固态能源系统技术中心崔光磊团队研究发现,传统工艺中Sn⁴⁺/Zn²⁺迁移速率差异会引发晶格畸变,形成深能级缺陷。
针对这一关键科学问题,研究团队创新提出"界面相平衡调控"理论,通过在晶粒生长界面引入Li₂SnS₃过渡层,有效协调金属离子迁移动力学过程。
实验数据显示,该技术使CZTSSe薄膜结晶质量提升37%,深能级缺陷密度降低两个数量级,在1.10 eV带隙条件下首次实现开路电压突破600 mV的里程碑。
这一突破性进展具有多重战略意义。
从技术层面看,15.04%的认证效率使CZTSSe电池首次达到产业化基础门槛;从经济角度分析,该技术采用地球上储量达万吨级的铜、锌、锡等元素,可规避传统碲化镉电池的稀有材料依赖;在环境效益方面,其全生命周期碳排放较晶硅电池降低约20%。
目前,团队已围绕界面调控技术构建完整专利池,涵盖材料配方、工艺设备等12项核心专利。
业内专家指出,此次突破标志着我国在新一代光伏技术领域已形成"基础研究—核心技术—产业标准"的完整创新链。
据国际可再生能源机构预测,若CZTSSe电池效率稳定在16%以上,其发电成本可降至每瓦0.8元人民币,较当前主流技术降低30%。
青岛能源所正与华能集团等企业开展中试合作,计划三年内建成百兆瓦级示范生产线。
这项研究成果的取得,充分体现了我国在新能源领域的自主创新能力和科技水平。
从基础理论研究到关键技术突破,再到知识产权保护,形成了完整的创新链条。
随着CZTSSe光伏技术的不断完善和产业化推进,这一新型太阳能电池有望在能源转型中发挥越来越重要的作用,为实现碳达峰、碳中和目标贡献科技力量。