記者26日從中國科學院青島生物能源與過程研究所(以下簡稱“青島能源所”)獲悉，該所研究團隊圍繞銅鋅錫硫硒光伏硒化相變過程中“金屬離子遷移不可控”的技術瓶頸，提出了Li2SnS3界面相平衡調控金屬離子遷移、進而輔助晶粒相變生長的新機制。借助該方法，基于銅鋅錫硫硒材料的太陽能電池光電轉換效率突破15%，標志著我國在新一代太陽能電池研究中走在了世界前列。相關研究成果25日發表在國際期刊《自然·能源》上。

銅鋅錫硫硒材料具有元素儲量豐富、成本低、穩定性高、無毒等優勢，已成為光伏領域備受關注的新一代材料。但該材料在高溫制備過程中，其內部的金屬離子容易“亂跑”。

“可以把它想象成蓋房子時，磚和鋼筋在施工過程中自行亂動，導致房子結構不穩，性能自然不佳。”青島能源所副研究員邵志鵬打了個比方，這一瓶頸導致銅鋅錫硫硒太陽能電池的光電轉換效率一直難以突破。

為此，青島能源所研究團隊提出一個巧妙的新思路：在銅鋅錫硫硒材料內部引入一層“界面相”作為“交通指揮員”。這層名為Li2SnS3的特殊結構，可以在關鍵反應過程中引導金屬離子按照正確路線移動，讓晶體結構更加均勻、穩定。

“該方法就像把‘亂跑的材料’重新排好隊，這能夠讓晶粒長得更大、更整齊，明顯減少了銅鋅錫硫硒材料內部的缺陷，從根本上提升了電池的發電能力。”邵志鵬說。

在這一新機制的助力下，研究團隊所制備的銅鋅錫硫硒太陽能電池光電轉換效率達到15.45%，國際權威認證效率為15.04%;在較窄帶隙條件下，開路電壓首次突破600毫伏，為解決該類型光伏器件的性能瓶頸提供了新思路。這些成果也為銅鋅錫硫硒太陽能電池的產業化進程提供了關鍵理論與技術支撐。