我校鄭直團隊在薄膜太陽能電池領域取得新進展

近日，鄭直團隊在薄膜太陽能電池領域再次取得新突破，該團隊利用高活性硒源獲得了性能優異的銅鋅錫硫硒(Cu₂ZnSn(S_x,Se_1-x)₄，CZTSSe)太阳能电池，相关研究结果以“Hyperactive Selenium Source Yields Kesterite Solar Cells with 12.86% Efficiency”发表在质料科学TOP期刊《先进功效质料》（Advanced Functional Materials, 2023, 2307389），影响因子为19。

CZTSSe具有高光吸收系數，高元素豐度，化學穩定性強等特點，近年來發展迅猛，是一種擁有良好發展前景的薄膜太陽能電池质料。目前，限制CZTSSe光電性能提升的瓶頸問題在于開路電壓損失(V_{oc, def})過高，這與硒化退火過程中的化學環境和硒的擴散有著緊密關系。傳統的硒化方式都是通過在石墨盒中高溫蒸發硒粉形成較大分子鏈的硒團簇(Se_N, N≥5)，然后从薄膜外貌开始单向扩散，由于其较低的化学活性和扩散活性，阻碍着硒化反映和扩散的进行。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問題，然而其高能耗和高毒性限制了其進一步的應用。

爲此，鄭直課題組與河南大學武四新教授、國家納米中心丁黎明研究員相助，基于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑體系，提出了一種利用小分子、高活性硒源的預硒化技術。該技術通過對硒硫化鈉（Na₂(Se₂S)）溶液進行旋塗退火，獲得了高活性硒源Se₂, Se_3, 和Se₄，在硒化時與Se_N一起形成雙向硒擴散。優先形成的Cu_2-xSe液相在體相中形成了擴散通道，不僅促進了薄膜化學組成的均一化，還明顯抑制了二次相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。本事情获得了12.86%的能量转换效率(PCE)和0.520 V的开路电压（V_oc），這是目前常壓硒化條件下制備的DMF基CZTSSe太陽能電池的最佳性能。

許昌學院爲論文第一單位，配合第一作者爲許昌學院-河南大學聯合培養研究生王夢陽，河南大學研究生耿航，河南大學邁阿密學院朱紀春教授。我院鄭直教授、趙超亮博士、武四新教授、丁黎明研究員爲配合通訊作者。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、21961160720)等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307389.