摘要：光伏 (PV) 是一种可以将阳光转化为电能的设备，它正变得越来越普及，全世界越来越多的人现在依靠它们来发电。全世界的可再生能源工程师正在努力寻找有助于进一步降低太阳能技术成本的材料和工艺，同时进一步提高其电力转换效率 (PCE)。

研究人员制作的太阳能电池。

光伏 (PV) 是一种可以将阳光转化为电能的设备，它正变得越来越普及，全世界越来越多的人现在依靠它们来发电。全世界的可再生能源工程师正在努力寻找有助于进一步降低太阳能技术成本的材料和工艺，同时进一步提高其电力转换效率 (PCE)。

一种有望用于光伏开发的材料是宽带隙锌黄锡矿 Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS)，这是一种具有较大能隙的半导体，因此可以更有效地吸收光。与目前用于制造光伏技术的主要材料硅相比，CZTS 无毒且由地球上丰富的元素组成。因此，它可用于制造更可持续且更实惠的太阳能电池。

尽管 CZTS 太阳能电池具有诸多优势，但迄今为止，其效率远低于硅太阳能电池，最高仅为 11%。其性能受限很大程度上是由于一种称为载流子复合的过程，即光生电子和空穴需要复合，然后才能被捕获以产生电能。

悉尼新南威尔士大学的研究人员探索了利用一种称为氢退火的技术减轻宽带隙锌黄锡矿太阳能电池中载流子复合影响的可能性。

他们的论文发表在《自然能源》上，表明该技术可以通过重新分配 CZTS 层中的氧和钠来帮助改善这些太阳能技术的载流子收集。

论文资深作者孙凯文说：“我们的工作受到为下一代太阳能技术寻找可持续、低成本、环保材料的需求的启发。”

“由于 CZTS 具有可调带隙、稳定性以及使用地球上储量丰富的无毒元素，因此是串联太阳能电池架构中顶部电池的特别有前途的候选材料。然而，一个关键的挑战是提高这种材料的载流子收集效率。”

这项最新研究的主要目的是证明氢退火（一种需要在含氢气氛中加热设备的技术）可以帮助提高 CZTS 的效率。为了实现这一点，研究人员设计了一种简单且可扩展的方法来在含氢环境中对 CZTS 进行退火。

孙解释说：“氢在我们的方法中起着至关重要的作用，它能重新分配材料内的钠，并钝化缺陷，特别是在吸收器表面附近。”

“这一工艺显著增强了载流子的传输和收集，这是实现高性能设备的关键因素。通过改善这些特性，我们的方法加强了 CZTS 作为串联太阳能电池中实用且经济高效的顶部电池材料的地位，能够有效地与硅配对，以扩大太阳光谱的利用率。”

作为研究的一部分，孙教授及其同事将他们提出的氢退火方法应用于无镉 CZTS 太阳能电池。值得注意的是，他们发现这种方法提高了太阳能电池的性能，效率达到了创纪录的 11.4%。

“我们提出的技术不仅适用于 CZTS，在其他薄膜太阳能电池材料（如 CIGS）中也显示出良好的效果，”孙说。“实际上，它证明了宽带隙 CZTS 凭借其低成本、稳定性和环境友好性，可以成为串联结构中出色的顶级电池候选材料，为更高效、更可持续的太阳能解决方案铺平了道路。”

Sun 及其同事最近发表的论文介绍了一种简单有效的技术来调节 CZTS 中钠的分布，从而可以提高基于 CZTS 的太阳能电池的载流子收集效率。未来，他们提出的方法可以应用于其他宽带隙锌黄锡矿光伏电池，可能有助于它们未来在实际环境中的部署。

“我们未来的研究目标是将宽带隙 CZTS太阳能电池的效率提高到 15% 以上，同时保持其环境和经济优势，”孙补充说。“这包括改进氢退火工艺和探索其他技术，以进一步优化材料的光电特性。”

更多信息： Ao Wang 等人，氢增强载流子收集使宽带隙无镉 Cu 2 ZnSnS 4太阳能电池认证效率达到 11.4%，《自然能源》（2025 年）。DOI ：10.1038/s41560-024-01694-5。

论文地址: https://www.nature.com/articles/s41560-024-01694-5

来源：点燃创新