科技日报记者 陆成宽
新型薄膜光伏技术研发取得重要进展。记者25日从中国科学院物理研究所获悉，该所孟庆波研究员团队成功制备出大面积铜锌锡硫硒薄膜光伏组件，组件光电转换效率达到13.0%，刷新了该类组件效率的世界纪录，为下一代低成本、环境友好型太阳能电池产业化奠定坚实基础。相关研究成果在线发表于《自然·材料》杂志。
铜锌锡硫硒是一种新型薄膜光伏材料，由铜、锌、锡等地球储量丰富、价格低廉且环境友好的元素组成，被认为是下一代可持续太阳能电池的重要方向。近年来，孟庆波团队已先后10次刷新该类电池效率的世界纪录。然而，要将这种“实验室明星”推向实际应用，一个关键难题摆在面前：器件尺寸一旦放大，薄膜均匀性就急剧下降，效率也随之“缩水”。
“问题出在溶液过程。”孟庆波介绍，传统方法中，金属离子与有机分子会形成复杂的交联网络，导致溶剂挥发、元素分布和结晶过程都不均匀，就像和面时面疙瘩太多，擀出的薄膜“面皮”厚薄不一。为此，他们从分子尺度入手，引入甲酰胺作为“协调员”，精准调控金属离子与有机分子的配位结构，成功打破了这种交联“乱局”。
基于这一分子配位调控策略，团队开发出适合大面积连续生产的溶液涂布工艺，在10平方厘米的基板上制得了高度均匀的铜锌锡硫硒薄膜。用这块薄膜做成1平方厘米的小面积电池，认证效率达到14.2%；而通过激光划线做成6节子电池串联、总面积10.5平方厘米的组件，认证效率仍高达13.0%。
“这充分证明，铜锌锡硫硒薄膜技术不仅能在实验室小面积上做得好，也具备放大生产和产业化的潜力。”孟庆波表示，这项研究为低成本、绿色薄膜光伏组件的规模化制造提供了新思路。
（中国科学院物理研究所供图）
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