2025年4月10日，深圳大學物理與光電工程學院/薄膜物理與應用研究所梁廣興研究員及其團隊在能源領域排名第一的Nature Energy期刊（五年平均影響因子62.4）上發表題為：Heat treatment in an oxygen-rich environment to suppress deep-level traps in Cu2ZnSnS4solar cell with 11.51% certified efficiency的最新研究論文，將銅鋅錫硫化合物薄膜太陽電池的光電轉換效率提升至11.51%，刷新了目前已報道的最高效率記錄，標志著團隊在代表性環境友好型全無機化合物薄膜太陽電池方向的研究正式邁入國內外領先行列。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01756-2
梁廣興研究員為論文獨立通訊作者，其與法國雷恩大學章向華教授聯合培養的博士研究生吳桐，深圳大學研究員陳爍，研究員蘇正華和碩士研究生汪孜為共同一作，深圳大學為唯一通訊單位。
研究背景：
當前主流薄膜太陽電池技術中銅銦鎵硒薄膜太陽電池受限于稀缺貴金屬銦和鎵的資源約束，碲化鎘電池存在重金屬鎘的環境風險，而鈣鈦礦電池則面臨鉛元素毒性的爭議且材料本征穩定性不足導致的性能衰減問題，均成為制約大面積應用和可持續發展的關鍵瓶頸。發展綠色無毒新型太陽電池、降低制備成本、提高太陽電池光電轉換效率和長期使用穩定性等核心技術成為光伏領域的重要研究課題；基于此，環境友好型銅鋅錫硫化合物薄膜太陽電池是極具應用前景的新能源技術之一，但其光電轉換效率多年來停滯不前，主要原因之一是嚴重的開路電壓虧損和較低的短路電流，這與深能級缺陷（如：硫空位等）密切相關；硫空位直接影響晶體穩定性、載流子壽命及擴散長度，在異質結界面和空間電荷區域尤為明顯，出現能帶構型失配和能帶擾動加劇及帶尾態明顯等，導致嚴重的載流子非輻射復合和電荷損失；而目前關于硫空位缺陷診斷和其在空間載荷區的動態行為及鈍化策略尚缺乏系統性研究。
異質結氣氛熱處理及銅鋅錫硫原子排列示意圖（a）；能帶構型示意圖（b）；銅鋅錫硫薄膜太陽電池效率曲線-實驗室測試（c）；銅鋅錫硫薄膜太陽電池效率曲線-官方認證測試（d）
性能提升策略：
1.針對銅鋅錫硫薄膜太陽電池中的硫空位缺陷問題，創新性地提出可控氧氣氛異質結熱處理策略，發現氧可占據硫空位位點，實現深能級硫空位缺陷的有效鈍化；
2.氣氛熱處理誘發陽離子內部遷移，促使異質結能帶構型從非理想的懸崖型轉為理想的類長釘型，從而大幅度抑制太陽電池內部的載流子非輻射復合；
3.引入的NaOx和SnOx可顯著優化載流子遷移路徑，使電荷傳輸效率得到進一步提升；
電池效率突破：
1.基于大氣環境下采用非真空溶液法構建的銅鋅錫硫（帶隙1.5eV/無合金摻雜）太陽電池光電轉換效率提升至11.89%（認證效率為11.51%，代表目前已報道的最高效率值）；
2.近期，團隊采用ZnSnO作為太陽電池緩沖層，構建出真正環境友好型銅鋅錫硫薄膜太陽電池，其認證效率突破13%，達到了13.35%；
應用研究價值：
1.上述已獲得的太陽電池光電轉換效率是階段性成果，未來通過薄膜可控生長、缺陷診斷與鈍化、電池光學/電學平衡設計，到組件開發等多維度研究協同攻關，結合高效率載流子輸運物理機制深度剖析，力爭3年內突破產業瓶頸效率15%；
2.同步推進其在疊層太陽電池、弱光驅動、光電融合計量芯片及多光譜探測成像等相關領域的產業轉化。
感謝深圳大學2035追求卓越研究計劃B類項目，國家科技部重點研發計劃課題項目，國家自然科學基金面上項目，廣東省自然科學基金項目和深圳市穩定支持重點項目支持。
