近日，我校鄭直教授團隊在環境友好、高元素豐度、新型薄膜太陽能電池质料領域取得重要進展，獲得了具有大晶粒貫穿結構、性能卓越的銅鋅錫硫硒(Cu₂ZnSn(S_x,Se_1-x)₄，CZTSSe)太陽能電池。相關研究结果以“具有11.76%光電轉換效率的DMF基大晶粒貫穿Cu₂ZnSn(S_x,Se_1-x)₄器件”为题在线发表于质料科学领域著名期刊《先进科学》(Advanced Science, 2022, DOI：10.1002/advs.202201241)，影响因子为16.806。

CZTSSe是一种十分具有生长潜力的新型薄膜太阳能电池质料，具有光吸收系数高，组成元素丰产，化学稳定性强等特点，受到了广泛关注。目前，溶液法是制备高效率CZTSSe电池的最有效要领之一，二甲基亚砜(DMSO)溶剂虽然取得了较高的认证效率，然而对于金属化合物的溶解能力和溶液稳定性上也存在着明显短板。N,N-二甲基甲酰胺(DMF)由于具有多个活性位点，可以有效提升溶液的溶解性和储存稳定性，是一种更有希望的情况友好溶剂。遗憾的是，使用DMF 溶剂体系CZTSSe太阳能电池大多都没有大晶粒跨越结构，极易引起大量的开路电压损耗(V_{oc, deficit})，限制著太陽能電池的效率提升。

针对上述问题，郑直课题组与河南大学武四新教授相助，通过大量实验提出了一种可控制备大晶粒贯串结构 CZTSSe的战略，也就是对Cu²⁺、Sn²⁺的氧化还原反映和预退火温度进行协同优化，通过一系列结构、形貌、电学和光电性能分析，确定了 430°C 是获得大晶粒贯串结构最适宜的温度。论文提出了三种类型的薄膜生长模式以及临界预退火温度的看法，乐成解释了大晶粒贯串结构的生长机理和氧化还原速率的提升效应。拥有大晶粒贯串结构 CZTSSe可以大大降低载流子在界面处的复合，从而有效提升电池效率。目前，在DMF基CZTSSe太阳能电池中，本事情取得了最高的光电转换效率11.76%和最高的开路电压501 mV。

許昌學院爲論文第一單位，配合第一作者爲許昌學院-河南理工大學聯合培養研究生崔宇博和許昌學院-河南大學聯合培養研究生王夢陽，我校化工與质料學院（外貌微納米质料研究所）教師趙超亮、土木工程學院教師範麗波教授、河南大學武四新教授、許昌學院鄭直教授爲配合通訊作者。崔宇博同學和王夢陽同學本科畢業于許昌學院，從大二開始進入實驗室，積極參加“质料之星”培育計劃，是我校實施“OPCE”育人體系的典型案例之一。近年來，我校構建了開放、實踐、創新的OPCE育人模式，開設了《開放平台創新實踐課程》，制定了“质料之星”創新人才培育計劃，本著“教學與科研並舉，創新與實踐相長”的理念已經培養了一批具有創新實踐能力的本科生，爲探索應用型大學的科教融合提供了很好的案例。本事情获得了國家自然科學基金(52072327、62074052、61874159)、高等教育與教學革新項目(2014SJGLX064)、河南省學位與研究生教育革新工程(2021SJGLX060Y)、河南省高校重點研發項目(20A140026)、許昌學院科研創新團隊(2022CXTD008)和河南省科技攻關項目(212102210467)的支持。(圖片由化工與质料學院提供）

论文链接：DOI: 10.1002/advs.202201241

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201241