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第一作者：Jiangjian Shi

通訊作者：孟慶波

通訊單位：中國科學院物理研究所

孟慶波，博導??中國科學院物理研究所，研究工作致力于太陽能材料的設計、制備與相關器件物性研究，利用取之不盡、用之不竭的清潔能源太陽能造福人類社會。?2007年獲國家杰出青年基金。2011-04~現在, 北京市新能源材料與器件重點實驗室主任；2010-12~現在, 中科院清潔能源前沿研究重點實驗室主任；2009-05~現在, 中國科學院物理研究所, 清潔能源實驗室主任；2002-08~現在, 中國科學院物理研究所, 特聘研究員、研究員，博導。主要工作側重于：(1)? 光電材料，實現光能到電能的轉化。(2)? 光子材料，實現光的可控傳播。 (3)? 光催化材料，實現光能到化學能的轉化。(4)? 風光互補智能微電網設計與控制研究。

論文速覽

鋅黃錫礦Cu₂ZnSn(S, Se)₄（CZTSSe）太陽能電池一種極具前景的低成本薄膜光伏電池，然而，這類太陽能電池的效率受到嚴重電荷損失和復雜缺陷的挑戰。

本文通過數據驅動的相關性分析，研究揭示了CZTSSe中主要深缺陷具有供體特性。研究進一步指出，CZTSSe多步結晶反應中不完全的陽離子交換是缺陷形成的動力學機制。為了促進陽離子交換，研究引入了多元合金化方法，旨在削弱金屬-硫屬元素的結合強度和中間相穩定性。這一策略顯著減少了CZTSSe吸收層中的電荷損失，并實現了14.6%（認證效率為14.2%）的總面積電池效率。這些結果不僅為鋅黃錫礦太陽能電池帶來了重要進展，也有助于識別和調控光伏材料中的缺陷。

圖文導讀

?圖1：CZTSSe缺陷類型分析。

圖2 ：Sn_Zn缺陷形成的動力學機制和調節。

圖3：元素合金化對CZTSSe薄膜固相反應的影響。

圖4 ：太陽電池表征。

總結展望

本研究通過精確識別和調控CZTSSe吸收層中的深缺陷，實現了鋅黃錫礦太陽能電池的顯著進步。通過器件模擬和數據相關性分析，實驗確定了導致電荷損失的主要深缺陷，表現為供體特性，推測為Sn_Zn反位缺陷。研究提出，在CZTSSe結晶過程中涉及的多步反應中，Sn/Zn陽離子交換緩慢和不完整是這種缺陷形成的動力學機制。

在理論指導下，引入了Ag、Ge和Cd元素，協同調控CZTSSe的制造過程，以削弱金屬-硫屬元素的結合強度和中間相的穩定性，從而促進結晶過程中的陽離子交換。這種多元合金化策略顯著增強了Zn元素的反應活性，促進了有序CZTSSe相的形成。因此，顯著減少了CZTSSe吸收層中缺陷引起的電荷損失，并在鋅黃錫礦太陽能電池中實現了14.6%的高PCE（認證為14.2%）。總體而言，這項工作從陽離子交換動力學的角度建立了CZTSSe缺陷形成與微觀結晶過程之間的相關性，并探索了多元合金化方法調控缺陷形成。這里介紹的理解和數據驅動的分析方法也為識別和調控光伏材料中的缺陷提供了更多途徑。

文獻信息

標題：Multinary alloying for facilitated cation exchange and suppressed defect formation in kesterite solar cells with above 14% certified efficiency

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01551-5

原創文章，作者：wang，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/03/081b595674/

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