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六年瓶颈被打破！UNSW郝晓静教授团队连创新

马春禧

2025-02-19 11:10:58

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UNSW 卓越教授郝晓静带领团队成功突破宽带隙锌黄锡矿（kesterite）太阳能电池六年来的效率瓶颈，将光电转换效率从11%提升至11.4%，并迅速推高至13.2%

悉尼新南威尔士大学

UNSW 卓越教授郝晓静带领团队成功突破宽带隙锌黄锡矿（kesterite）太阳能电池六年来的效率瓶颈，将光电转换效率从11%提升至11.4%，并迅速推高至13.2%， 接连刷新世界纪录。

当传统的硅基太阳能电池逐渐接近其理论效率的极限，下一代太阳能电池该用什么材料制作呢？光伏科学家们一直在努力寻找这个问题的答案。

清洁电力，源自绿色材料
Kesterite是众多候选材料中备受瞩目的一个。它是一种天然的矿物，也可以通过铜、锌、锡和硫这些在自然界中储量丰富，而且无毒的元素进行低成本合成。 Kesterite结构的铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）薄膜，简称是CZTS，来源于这4种元素名的首字母组合。

CZTS因其环保、制造成本低，并且在长期使用中能够保持良好的光伏性能，而成为可持续光伏技术的重要研究方向。更重要的是，CZTS同样适合用于叠层太阳能电池，即将两个或多个太阳能电池组合在一起，捕获更多的太阳光谱并将其转化为电能，从而提高整体效率。

补足短板，未来可期

然而，CZTS在合成过程中会产生许多难以避免的缺陷，长期以来一直制约着其性能提升。郝晓静教授及孙凯文博士和黄嘉亮博士等研究人员经过多年攻关，成功找到突破口，并且打破了纪录。团队通过实验发现，氢也许可以帮助解决这个问题。他们在含氢环境中对CZTS太阳能电池进行退火处理，大大改善了其缺陷带来的影响。

这项基础研究使CZTS太阳能电池的光电转换效率首次达到了11.4%，打破了六年来的技术停滞。这项研究成果已经发表在了能源领域顶级期刊《 Nature Energy 》上。
论文第一作者王敖表示，这项新技术不仅为后续效率提升奠定了基础，还可能适用于其他薄膜太阳能电池材料。目前，他们已将这一纪录进一步刷新至13.2%。郝晓静教授说，希望这一新突破能推动CZTS电池的效率在未来几年达到15%甚至更高，并预计到2030年实现商业化应用。步履不停，奔向可持续的未来在探索CZ TS时，他们是从下至上考虑需求的，想要找到一种储量丰富、对环境友好、具有良好的光电性能并且使用寿命长的材料，而CZTS就正符合这些要求。从自上而下的方向入手，他们也在积极发掘其他可以和硅搭配，从而提升效率的材料，例如钙钛矿。

钙钛矿在将太阳能转化为电能方面效率更高（小面积实例中接近27%），但不足之处在于它会迅速衰退，并含有可溶于水的剧毒成分——铅。

这个效率优秀的选项缺陷明显，其可持续性和稳定性是个不小的挑战，可能要花更长的时间来解决。

相比之下，CZTS作为叠层太阳能电池顶电池材料的综合潜力更为突出。

但科研人员并不会止步于此，为了全球的可持续发展，他们还会继续投身于不同材料的研究，找到更高效节能、更环保、更可持续的方案。

希望这篇文章能为您提供一些有用的信息和帮助，如果您有任何疑问或需要进一步的了解，欢迎随时联系。

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