黄维院士团队Nat Energy：溶液法制备的铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳能组件获得10.1%认证效率

溶液加工在新兴薄膜太阳能电池中具有巨大优势，但由于多元素无机薄膜在结晶过程中相演变和晶粒生长复杂，其制备仍面临重大挑战。

本文南京邮电大学柔性电子全国重点实验室黄维院士、王少荧、辛颢等人报道了通过溶液法制备均匀、大面积的Cu₂ZnSn(S,Se)₄（CZTSSe）薄膜和太阳能组件。通过调节硫脲/金属比例以增加薄膜孔隙率，从而促进更均匀的垂直反应和横向晶粒生长，我们提高了CZTSSe薄膜的均匀性，实现了单电池效率13.4%和太阳能组件效率8.91%。我们进一步优化了组件结构以减少非理想接触和图案化引起的分流和电阻损失，最终获得了经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证的效率为10.1%的冠军CZTSSe组件。该组件在开路电压和电流密度方面表现出目前新兴薄膜太阳能组件中最低的电池-组件（CTM）损失。

我们的工作证明了溶液加工在沉积均匀、大面积CZTSSe薄膜和高效太阳能组件方面的可行性，推动了该技术的发展。

文章亮点

1. 孔隙率调控提升薄膜均匀性：通过增加硫脲/金属比例（Tu/M=1.7），形成多孔前驱体薄膜，促进硒均匀渗透和横向晶粒生长，显著提升CZTSSe薄膜的均匀性和表面平整度。

2. 组件结构优化降低CTM损失：通过减少图案化步骤、缩短电流路径，显著降低串联电阻和分流损失，使组件效率从8.91%提升至10.1%，并实现目前最低的CTM_Voc和CTM_Jsc损失。

3. 高稳定性与可扩展性：未封装的组件在空气中存储200天后仍保持98%以上效率，展现出优异的稳定性，且溶液法制备工艺具有良好的可扩展性和重复性。

Xiang, C., Yuan, M., Ding, C. et al. Solution-processed kesterite solar module with 10.1% certified efficiency. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01860-3

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