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近日，DGIST團(tuán)隊(duì)制備出了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的CZTSSe光伏電池，顯示出12.6%轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。CZTSSe是什么？這顆薄膜光伏電池領(lǐng)域的新星有什么獨(dú)特之處？

目前光伏市場上薄膜太陽能電池主要分為硅基薄膜太陽能電池、碲化鎘 (CdTe) 薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒 (CIGS) 薄膜太陽能電池三大類。薄膜光伏電池具有價(jià)格低、弱光性好、柔性便攜等優(yōu)點(diǎn)，然而在光伏領(lǐng)域一直以來都是晶硅電池占據(jù)主流，同時(shí)晶硅產(chǎn)品成本不斷下滑大情況下，薄膜產(chǎn)品很難形成競爭力，成本高昂、容易造成環(huán)境污染是薄膜光伏電池組件一直無法解決的問題。

薄膜光伏組件新產(chǎn)品

市場上商業(yè)化的薄膜光伏組件由像銦、鎵這樣的稀土元素，或者鎘這樣的高毒性金屬組成，CIGS與CdTe等薄膜電池都各自存在成本高昂和使用場景有限等方面的問題。

由康晉奎博士和金大桓博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家小組DGIST一直試圖通過實(shí)驗(yàn)用更便宜、更豐富的元素制成光伏組件。目前，他們已經(jīng)在《高級能源材料》上發(fā)表了他們的最新研究成果。

以青銅(銅-錫)和黃銅(銅-鋅)為基礎(chǔ)材料的CZTSSe薄膜太陽能電池由無毒的、地球中廣泛存在的材料組成，并且由于其低成本、高耐久性和可持續(xù)性而在世界范圍內(nèi)得到研究。

突破量產(chǎn)效率障礙

在薄膜技術(shù)中，盡管這些組件的理論效率與頂級市場產(chǎn)品的效率相當(dāng)，但在實(shí)際使用中，它們的效率往往會嚴(yán)重落后。

這是因?yàn)樵?ldquo;退火”(或加熱和冷卻以制造CZTSSe膜的過程)期間，材料中形成了各種缺陷，例如“點(diǎn)”缺陷、“表面”缺陷和“體積”缺陷。這些缺陷破壞了電流，導(dǎo)致產(chǎn)生電能損失。

因此，科學(xué)家們想找到一種方法來合成質(zhì)量最佳的CZTSSe(銅、鋅、錫、硫和硒)薄膜。他們改變退火曲線，這對CZTSSe薄膜的晶粒尺寸有很大影響:退火時(shí)間越長，退火溫度越高，晶粒越大，電損耗越小。

隨著退火溫度和時(shí)間的增加，CZTSSe薄膜的性質(zhì)由于分解而發(fā)生變化。為了繞過這個(gè)問題，研究小組使用了一種特殊的“液體輔助法”，這種方法可以讓直鏈淀粉顆粒以更快的速度生長。這意味著晶粒即使在低溫下也能長大，阻止了CZTSSe薄膜性能發(fā)生變化。

有了這個(gè)新發(fā)現(xiàn)，在尋找低成本無污染太陽能的過程中，一個(gè)重大障礙已經(jīng)被克服。

2019年3月，由于成本高于市場現(xiàn)有水平，深賽格叫停建設(shè)CdTe薄膜光伏產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目，2019年5月，凱龍股份由于無法獲得環(huán)評批文發(fā)布公告終止實(shí)施CdTe薄膜光伏組件項(xiàng)目，然而并不意味著擁有比晶硅電池更高理論效率值的薄膜光伏電池應(yīng)讓步于晶硅，隨著各種問題的逐步解決，晶硅電池效率接近極限，薄膜光伏電池仍有著不可替代的發(fā)展?jié)摿Α?br />
金博士表示，CZTS光伏電池沒有目前有毒和稀有金屬的缺點(diǎn)，可以在任何想要安裝的地方安裝，包括電子設(shè)備、家用物品、建筑和車輛等各種場景。


原標(biāo)題： CZTSSe光伏電池問世，能解決薄膜光伏組件痛點(diǎn)？