Nature子刊：未来太阳能电池材料—硫化物黄锌矿创两项能效世界纪录

Xiaojing Hao博士及其团队在过去两年中打破了四项效率记录 图片来源：新南威尔士大学

新南威尔士大学的太阳能研究所研究员Xiaojing Hao博士及其团队已经开发出未来的太阳能电池材料—硫化物黄锌矿获得了两项能效世界纪录。

Hao博士和她的团队不仅突破了硫化物锌黄锡矿的10%效率壁垒，还突破了标准尺寸的锌黄锡矿太阳能电池的10%效率壁垒，无论是纯硫化物材料还是掺入不太理想的硒金属材料。

这项成果发表在今天的《Nature Energy》中的一篇论文中，是由Hao 博士领导的小组在两年内实现的第四个连续的效率记录。

Hao博士说，虽然能源效率还没有达到可用于工业化的水平，但结果是有希望获得储量丰富、价格低廉的材料。她说：“硫化物锌黄铁矿是一种由铜、锌、锡和硫组成的化合物，这四种元素在地壳中储量丰富而且廉价。”“我称它们为绿色材料，因为它们不仅储量丰富，而且无毒。”

硫化物锌黄铁矿(Cu2ZnSnS4，也称为CZTS)是由光伏材料CIGS(铜铟镓（DI）硒化物)衍生的薄膜半导体材料，它是一种商业化的高效光伏薄膜，具有可应用于柔性表面的附加功能。

然而，CIGS的缺点是铟存量稀少，但是在平板显示器(如电视屏幕、笔记本屏幕和触摸屏)中使用的需求很高，造就了它高昂的价格。太阳能电池面临的挑战之一是依赖稀有和有毒材料用于薄膜太阳能电池生产。

Hao博士说：“铟的价格已经很高了，由于平板显示器的市场正在增长，预计它会继续上涨。”在CZTS化合物中用丰富的锌和锡取代铟和镓可以得到一种低成本、灵活、无毒、丰富的化合物。

“除此之外，作为独立的光伏薄膜， CZTS相关材料当与其他元素合金化时，其带隙可以在很宽的范围内轻松调谐，这种特性使其用于硅基的串联电池，成为可能，这与串联堆叠的上部电池的高带隙要求非常匹配。”Hao 博士解释道。

“这种发展的关键前提是我们需要把CZTS的效率提高到20%以上，才能实现总能源效率超过30%，”Hao博士说。

使用硫化物锌黄锡矿的另一个优点是，CIGS的制造工艺很容易适应生产CZTS。加上薄膜可以应用于柔性表面这一事实，使其成为一种有吸引力的选择。“柔性光伏电池重量轻，扩展了其在建筑方面的一体化和其他不平坦表面(如汽车或无人驾驶飞行器(UAV))上的潜在用途。”CZTS价格便宜，来源丰富，灵活，无毒，并且易于集成到现有的制造工艺中。缺点是达不到商业上使用的材料所需的能效水平。

考虑到在过去的几年里效率从7.6%增至11%，Hao博士认为她和她的团队正在使效率水平达到15或20%的正确的轨道上。但是她并没有幻想它会在一夜之间发生。Hao博士说：“对于每一个效率的变化，我们需要一个逐步改变的技术来实现它。”“对CZTS来说，还有很多我们不知道的事情。揭开这些未知数是最令人兴奋的冒险。”

她对最近未公布的发现感到非常兴奋，这可能会带来重大的变化。为了确保这些新发现得到进一步发展，她将在年底申请一项新项目的资金。

文章来自techxplore网站，原文题目为Team lands new efficiency breakthrough for emerging solar cell material，由材料科技在线团队整理编辑。