2025年4月10日，苹果版bd
物理与光电工程学院/薄膜物理与应用研究所梁广兴研究员及其团队在能源领域排名第一的Nature Energy期刊（五年平均影响因子62.4）上发表题为：Heat treatment in an oxygen-rich environment to suppress deep-level traps in Cu2ZnSnS4solar cell with 11.51% certified efficiency的最新研究论文，将铜锌锡硫化合物薄膜太阳电池的光电转换效率提升至11.51%，刷新了目前已报道的最高效率记录，标志着团队在代表性环境友好型全无机化合物薄膜太阳电池方向的研究正式迈入国内外领先行列。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01756-2
梁广兴研究员为论文独立通讯作者，其与法国雷恩大学章向华教授联合培养的博士研究生吴桐，苹果版bd
研究员陈烁，研究员苏正华和硕士研究生汪孜为共同一作，苹果版bd
为唯一通讯单位。
研究背景：
当前主流薄膜太阳电池技术中铜铟镓硒薄膜太阳电池受限于稀缺贵金属铟和镓的资源约束，碲化镉电池存在重金属镉的环境风险，而钙钛矿电池则面临铅元素毒性的争议且材料本征稳定性不足导致的性能衰减问题，均成为制约大面积应用和可持续发展的关键瓶颈。发展绿色无毒新型太阳电池、降低制备成本、提高太阳电池光电转换效率和长期使用稳定性等核心技术成为光伏领域的重要研究课题；基于此，环境友好型铜锌锡硫化合物薄膜太阳电池是极具应用前景的新能源技术之一，但其光电转换效率多年来停滞不前，主要原因之一是严重的开路电压亏损和较低的短路电流，这与深能级缺陷（如：硫空位等）密切相关；硫空位直接影响晶体稳定性、载流子寿命及扩散长度，在异质结界面和空间电荷区域尤为明显，出现能带构型失配和能带扰动加剧及带尾态明显等，导致严重的载流子非辐射复合和电荷损失；而目前关于硫空位缺陷诊断和其在空间载荷区的动态行为及钝化策略尚缺乏系统性研究。
异质结气氛热处理及铜锌锡硫原子排列示意图（a）；能带构型示意图（b）；铜锌锡硫薄膜太阳电池效率曲线-实验室测试（c）；铜锌锡硫薄膜太阳电池效率曲线-官方认证测试（d）
性能提升策略：
1.针对铜锌锡硫薄膜太阳电池中的硫空位缺陷问题，创新性地提出可控氧气氛异质结热处理策略，发现氧可占据硫空位位点，实现深能级硫空位缺陷的有效钝化；
2.气氛热处理诱发阳离子内部迁移，促使异质结能带构型从非理想的悬崖型转为理想的类长钉型，从而大幅度抑制太阳电池内部的载流子非辐射复合；
3.引入的NaOx和SnOx可显著优化载流子迁移路径，使电荷传输效率得到进一步提升；
电池效率突破：
1.基于大气环境下采用非真空溶液法构建的铜锌锡硫（带隙1.5eV/无合金掺杂）太阳电池光电转换效率提升至11.89%（认证效率为11.51%，代表目前已报道的最高效率值）；
2.近期，团队采用ZnSnO作为太阳电池缓冲层，构建出真正环境友好型铜锌锡硫薄膜太阳电池，其认证效率突破13%，达到了13.35%；
应用研究价值：
1.上述已获得的太阳电池光电转换效率是阶段性成果，未来通过薄膜可控生长、缺陷诊断与钝化、电池光学/电学平衡设计，到组件开发等多维度研究协同攻关，结合高效率载流子输运物理机制深度剖析，力争3年内突破产业瓶颈效率15%；
2.同步推进其在叠层太阳电池、弱光驱动、光电融合计量芯片及多光谱探测成像等相关领域的产业转化。
感谢苹果版bd
2035追求卓越研究计划B类项目，国家科技部重点研发计划课题项目，国家自然科学基金面上项目，广东省自然科学基金项目和深圳市稳定支持重点项目支持。
