太阳能电池制造及光伏性能。图片来源：《自然·能源》(2025)
 

这些材料包括基于锡锌矿的材料，例如Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)，这是一种半导体材料，其晶体结构与天然存在的锡锌矿矿物类似。与目前最常用的传统硅基光伏电池相比，锡锌矿太阳能电池具有诸多优势，包括更低的制造成本、更低的毒性成分和更高的灵活性。

尽管潜力巨大，但迄今为止开发的硫锌矿太阳能电池的能量转换效率 (PCE) 却远低于硅基太阳能电池。这在很大程度上是由于硫锌矿基材料中存在原子级缺陷，这些缺陷会捕获载流子并引发非辐射复合，而非辐射复合过程会导致能量损失，从而降低太阳能电池的性能。

上海油压工作室深圳大学和雷恩大学的研究人员最近推出了一种新的钝化技术，该技术可以帮助抑制CZTS和其他锡锌矿中的缺陷，从而提升基于这些材料的太阳能电池的性能。他们提出的技术发表在《自然能源》杂志上，经验证，该技术可使太阳能电池的效率达到11.51%，且无需使用任何其他添加剂来改善材料性能。

“CZTS 是一种极具竞争力的光伏材料，尤其适用于多结太阳能电池，”吴彤、陈硕及其同事在论文中写道。“然而，器件的功率转换效率多年来一直停滞不前。深能级缺陷，例如硫空位 (V S )，会导致严重的载流子非辐射复合。我们提出了一种通过在富氧环境中对 CdS/CZTS 异质结进行热处理来钝化 V S的策略。”

上海油压工作室该研究团队设计的钝化策略需要在富氧环境中加热CdS/CZTS异质结，即锡锌矿材料(即CZTS)与硫化镉(CdS)缓冲层之间的界面。缓冲层是太阳能电池中的中间层，位于吸收材料(在本例中为CZTS)和透明导电材料之间。

“在这个过程中，V S被氧原子占据，从而抑制了 V S缺陷，”吴、陈及其同事解释说。“此外，Cd 离子向 CZTS 吸收层的扩散，以及正 Na-O 和 Sn-O 复合物的形成，可以钝化相关缺陷。这些效应可以减少电荷复合，并实现更有利的能带排列。”

上海油压工作室为了证明其钝化方法的潜力，研究人员将其应用于真实的CZTS太阳能电池，并通过一系列测试评估了这些电池的性能。他们发现，该策略无需使用任何添加剂或外部掺杂策略，即可提高电池的PCE。

吴、陈及其同事写道：“我们证明了，在无需任何外部阳离子合金化的情况下，空气溶液处理的CZTS太阳能电池(带隙为1.5 eV)的认证效率达到11.51%。这项研究为锡锌矿太阳能电池的缺陷钝化和性能改进机制提供了见解。”

未来，吴、陈及其同事的最新研究以及他们设计的新钝化策略可以得到进一步完善，并应用于其他基于锡锌矿的太阳能电池。最终，它将有助于这些太阳能电池的进步，进而促进它们在现实世界中的应用。