近日，第三批全国高校“百个研究生样板党支部”、南京邮电大学材料科学与工程学院博士生党支部相春旭同志通过溶液法成功制备大面积均匀Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe)薄膜和太阳能电池组件。面积为10.48 cm²的电池组件经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证效率达到10.1%，创造了CZTSSe组件第一个世界纪录。相关成果以“Solution-processed kesterite solar module with 10.1% certified efficiency”为题发表在国际学术期刊《Nature Energy》上。

图为相春旭同志在开展科学研究

可大面积、低成本溶液加工的薄膜太阳能电池，已成为新一代光伏技术前沿，并在钙钛矿和有机太阳能电池领域取得快速发展。锌黄锡矿结构的多元无机化合物CZTSSe，因组成元素储量丰富、吸收系数高、理论转换效率高且稳定性好，成为另一种可以通过溶液制备的新兴薄膜太阳能电池。与溶剂挥发中或在溶液中可直接形成目标结构的有机或钙钛矿薄膜不同，CZTSSe薄膜溶液法制备过程需要沉积前驱体膜和高温硒化结晶两个关键步骤，而结晶过程涉及复杂的相演化和晶粒生长，因此溶液法制备多元无机化合物薄膜仍存在挑战，尤其是迈向实际应用的大面积均匀薄膜制备及高效太阳能电池组件。

针对这一难题，相春旭同志首先探究了造成CZTSSe薄膜均匀性差根源。发现硒化初期薄膜表面过早形成致密结晶层，严重阻碍了Se蒸气渗透到薄膜内部，导致晶粒在纵向和横向生长的不均匀。通过调控溶液中硫脲和金属比例（Tu/M从1.5增加到1.7），有效增加了前驱膜孔隙率，更疏松的上层结构促使Se元素在硒化过程中充分渗透至薄膜内部，并为横向晶粒生长提供空间，显著提升了薄膜均匀性与表面平整度，将单节电池平均效率从12.4%提升至13.4%，标准偏差由0.29%降至0.13%。该条件制备的大面积CZTSSe薄膜仍保持了优异的均匀性，组件效率达到8.91%。通过进一步优化组件结构，有效缩短电流沿低导电性ITO通道和高电阻MoSe₂层的传输路径，提高填充因子和组件效率，制备出认证效率达10.1%（有效面积10.48 cm²）的CZTSSe太阳能电池组件，电池-组件（Cell to Module, CTM）的开路电压和电流密度的损失值低于钙钛矿和有机电池。

该工作不仅实现了溶液法制备CZTSSe组件效率的重大突破，同时证明了溶液法制备大面积均匀CZTSSe薄膜和高效太阳能电池组件的可行性，为高性能多元无机化合物薄膜太阳能电池及其组件的溶液加工制备提供了一条清晰可行的技术路径，为绿色、低成本光伏技术的产业化提供了切实可行的方案。

图1 (a)前驱体溶液照片。(b)CZTSSe太阳能电池结构示意图。(c)不同组分溶液（Tu1.5，Tu1.7）制备的前驱体薄膜与吸收层薄膜在不同硒化阶段的表面及截面SEM图像。(d)Tu1.5与Tu1.7太阳能电池光伏参数统计图。(e)经NREL认证的效率为10.08%的CZTSSe组件I-V曲线图。(f)认证组件正面照片。(g)薄膜太阳能电池组件（钙钛矿、有机、铜铟镓硒CIGS、CZTSSe组件）CTM损失对比。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-025-01860-3

相春旭，男，南京邮电大学材料科学与工程学院光电信息材料与器件专业2022级博士研究生。研究生期间荣获2022/2023学年南京邮电大学“优秀研究生”；以第一作者身份在《Nature Energy》、《Advanced Energy Materials》国际期刊发表学术论文2篇，合作发表SCI论文12篇，授权发明专利1项，主持江苏省研究生创新计划项目一项。

撰稿：相春旭

审核：吕蔷蔷