中國科學院的研究人員最近成功開發出一種新的 kesterite 太陽能電池，並創下全球最高的能量轉換效率。在測試中，該團隊的太陽能電池展現出 15.45% 的效率，並獲得國際認證的第三方效率為 15.04%。研究人員表示，這一突破為使用該材料的下一代太陽能電池的工業化鋪平了道路。
kesterite 是一種天然礦物，主要由銅、鋅、錫和硫（CZTS）組成。由於其豐富、無毒且生產成本低，kesterite 在下一代薄膜太陽能電池應用中具有很大的潛力。根據 PV Magazine 的報導，未來不預期會出現 kesterite 的供應瓶頸，因此其在市場上的競爭力相對於 CIGS 化合物更強，因為 CIGS 可能會面臨供應瓶頸。然而，kesterite 在大規模生產中的效率仍不及 CIGS，並且在製造過程中形成的缺陷也在一定程度上阻礙了其潛力的發揮。
在最新的研究結果之前，kesterite 電池的世界紀錄為 14.2%。這一紀錄是由同一團隊於 2024 年 6 月針對實驗室規模設備取得的。為了達成新的紀錄，他們解決了金屬離子不受控遷移的問題，這是技術上的一大挑戰。中國科學院在新聞稿中解釋，這一問題發生在可移動的離子在晶格內部交換位置，導致缺陷的產生，進而降低效率並影響穩定性及長期可靠性。
為了解決金屬離子不受控遷移的問題，團隊提出了一種新機制，利用界面相平衡。他們開發了一種基於鋰錫硫化合物（Li₂SnS₃，簡稱 LTS）的介相。根據團隊的說法，這一介相能夠調整陽離子的遷移路徑，並平衡銅和錫的遷移差異，同時穩定電池接合處，提高效率和可靠性。LTS 介相通過減緩反應動力學，促進了更受控的晶粒生長，從而有助於形成更大且更均勻的晶粒，顯著減少深層缺陷並改善整體晶體質量。
團隊在標準照明條件下測試了新的電池，結果顯示其效率達到 15.45%，開路電壓超過 600 mV，帶隙為 1.10 eV。根據團隊的說法，這對於該材料來說是一個異常高的電壓，顯示出長期存在的能量損失問題有望克服。中國科學院團隊還宣布，基於這一突破，他們已經創建了一個涵蓋整個 LTS 過程的知識產權組合，這將有助於最終實現 CZTSSe 太陽能電池的工業化。
