我校郑直团队在薄膜太阳能电池领域取得新进展

近日，郑直团队在薄膜太阳能电池领域再次取得新突破，该团队利用高活性硒源获得了性能优异的铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S_x,Se_1-x)₄，CZTSSe)太阳能电池，相关研究成果以“Hyperactive Selenium Source Yields Kesterite Solar Cells with 12.86% Efficiency”发表在材料科学TOP期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2023, 2307389），影响因子为19。

CZTSSe具有高光吸收系数，高元素丰度，化学稳定性强等特点，近年来发展迅猛，是一种拥有良好发展前景的薄膜太阳能电池材料。目前，限制CZTSSe光电性能提升的瓶颈问题在于开路电压损失(V_{oc, def})过高，这与硒化退火过程中的化学环境和硒的扩散有着紧密关系。传统的硒化方式都是通过在石墨盒中高温蒸发硒粉形成较大分子链的硒团簇(Se_N, N≥5)，然后从薄膜表面开始单向扩散，由于其较低的化学活性和扩散活性，阻碍着硒化反应和扩散的进行。虽然研究人员通过使用裂解硒、硒化氢(H₂Se)等高活性硒源改善了上述问题，然而其高能耗和高毒性限制了其进一步的应用。

为此，郑直课题组与河南大学武四新教授、国家纳米中心丁黎明研究员合作，基于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂体系，提出了一种利用小分子、高活性硒源的预硒化技术。该技术通过对硒硫化钠（Na₂(Se₂S)）溶液进行旋涂退火，获得了高活性硒源Se₂, Se_3, 和Se₄，在硒化时与Se_N一起形成双向硒扩散。优先形成的Cu_2-xSe液相在体相中形成了扩散通道，不仅促进了薄膜化学组成的均一化，还明显抑制了二次相ZnSe以及Cu_Zn, Sn_Zn反位缺陷和 [2Cu_Zn + Sn_Zn] 缺陷簇。钠离子(Na⁺)促使薄膜延(112)面择优生长，提高了结晶质量。本工作获得了12.86%的能量转换效率(PCE)和0.520 V的开路电压（V_oc），这是目前常压硒化条件下制备的DMF基CZTSSe太阳能电池的最佳性能。

许昌学院为论文第一单位，共同第一作者为许昌学院-河南大学联合培养研究生王梦阳，河南大学研究生耿航，河南大学迈阿密学院朱纪春教授。我院郑直教授、赵超亮博士、武四新教授、丁黎明研究员为共同通讯作者。王梦阳同学本科毕业于许昌学院，从大二开始进入实验室，积极参加“材料之星”培育计划，是我校实施“OPCE”育人体系的典型案例之一。近年来，我校构建了开放、实践、创新的OPCE育人模式，开设了《开放平台创新实践课程》，制定了“材料之星”创新人才培育计划，本着“教学与科研并举，创新与实践相长”的理念已经培养了一批具有创新实践能力的本科生，为探索应用型大学的科教融合提供了很好的案例。本工作得到了国家自然科学基金(52072327、21961160720)等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307389.