南京邮电大学柔性电子全国重点实验室传来突破性进展:黄维院士团队与辛颢教授团队通过溶液法成功制备出大面积"铜锌锡硫硒"光伏薄膜,经国际权威机构认证,该材料光电转化效率达10.1%,相关成果被国际《太阳能电池效率表》收录,标志着无机化合物柔性光伏材料产业化迈出关键一步。
研究团队负责人辛颢教授介绍,当前光伏材料研究面临两难困境:第一代晶体硅材料质地坚硬,难以满足柔性穿戴设备需求;以钙钛矿为代表的新一代材料虽能制成薄膜,但稳定性问题始终制约应用。在此背景下,曾因成本和良品率问题淡出视野的第二代"铜铟镓硒"材料重新进入研究视野。
针对传统"铜铟镓硒"体系存在的铟、镓元素成本高昂,以及薄膜良品率不足的痛点,研究团队于2021年启动关键技术攻关。通过将铟、镓替换为储量丰富的锌、锡元素,并创新采用溶液法替代传统真空工艺,成功制备出0.1平方厘米的"铜锌锡硫硒"光伏薄膜,当时光电转化效率已达13%。
然而,当薄膜面积扩大至实用规模时,国际光伏领域公认的"10平方厘米门槛"成为技术瓶颈。研究显示,随着面积增大,薄膜表面过早形成的致密结晶层会阻碍硒元素渗透,导致内部结构不均匀,进而造成光电转化效率大幅衰减。
经过四年持续攻关,团队开发出独特的溶液配方调控技术。通过精准控制成膜过程中的孔隙率,使薄膜结构呈现多孔疏松特征,有效解决了硒元素渗透难题。最终制备的10.48平方厘米光伏组件不仅突破面积限制,更将光电转化效率稳定在10.1%,达到国际领先水平。
团队核心成员指出,该技术路线具有显著产业化优势:原料中锌、锡等元素在地壳中储量丰富,且整个制备过程不使用有毒物质,材料成本较传统体系降低约40%。研究负责人黄维院士强调,这项成果不仅验证了溶液法制备无机柔性光伏材料的可行性,更为光伏产业转型升级提供了全新解决方案。