Институт физики Китайской академии наук обновил мировой рекорд эффективности фотоэлектрических модулей на основе CZTSSe, достигнув 13,0%

Репортаж от Wedoany，Группа исследователей под руководством профессора Мэн Цинбо из Института физики Китайской академии наук изготовила крупноформатный тонкоплёночный фотоэлектрический модуль на основе меди-цинка-олова-серы-селена (CZTSSe) с эффективностью преобразования фотоэлектрической энергии 13,0%, обновив мировой рекорд эффективности для модулей данного типа. Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Nature Materials.

CZTSSe — это новый тип тонкоплёночного фотоэлектрического материала, состоящий из меди, цинка, олова и других элементов, которые широко распространены в земной коре, отличаются низкой стоимостью и экологической безопасностью. Он считается важным направлением для следующего поколения устойчивых солнечных элементов. За последние годы группа Мэн Цинбо уже 10 раз обновляла мировой рекорд эффективности для элементов данного типа. Однако при увеличении размеров устройства однородность тонкой плёнки резко снижается, что приводит к падению эффективности — это стало ключевой проблемой на пути к практическому применению данной технологии.

Как пояснил Мэн Цинбо, проблема кроется в растворном процессе. В традиционных методах ионы металлов и органические молекулы образуют сложную сшитую сеть, что приводит к неравномерности испарения растворителя, распределения элементов и процесса кристаллизации — подобно тому, как при замешивании теста из-за избытка комков раскатанная «лепёшка» плёнки получается разной толщины. Чтобы решить эту проблему, команда подошла к вопросу на молекулярном уровне, введя формамид в качестве регулятора координации, который точно настраивает координационную структуру ионов металлов и органических молекул, разрушая эту сшитую сеть.

На основе этой стратегии молекулярной координационной регуляции команда разработала технологию нанесения раствора, пригодную для непрерывного производства на больших площадях, и получила высокооднородную тонкую плёнку CZTSSe на подложке площадью 10 квадратных сантиметров. Из этой плёнки был изготовлен элемент малой площади 1 квадратный сантиметр с сертифицированной эффективностью 14,2%; после лазерного скрайбирования был создан модуль из 6 последовательно соединённых субэлементов общей площадью 10,5 квадратных сантиметра, сертифицированная эффективность которого составила 13,0%.

Мэн Цинбо отметил, что данное исследование доказывает: технология тонкоплёночных элементов CZTSSe не только эффективна на малых площадях в лабораторных условиях, но и обладает потенциалом для масштабирования производства и промышленного внедрения, предлагая новые подходы к крупносерийному производству недорогих и экологически чистых тонкоплёночных фотоэлектрических модулей.