我国科学家突破新型光伏材料关键技术 铜锌锡硫硒电池效率达16.6%创世界纪录

问题——全球能源结构加速调整的背景下,太阳能发电正在从“规模扩张”转向“高质量发展”。一上,地面电站更关注更低的度电成本和更稳定的全生命周期收益;另一方面,低轨卫星互联网、深空探测和空间基础设施建设提速,对光伏轻量化、长寿命、抗辐照以及大面积制造各上提出更高要求。传统晶硅路线成熟度高,但在重量、柔性及特定场景适配上仍有短板,新型薄膜光伏因此成为重要补充。不过,作为潜力方向之一的CZTSSe技术此前发展相对缓慢,效率提升和工程化推进一度受限。 原因——CZTSSe材料由铜、锌、锡等常见元素构成,原料获取便利、成本可控性较强、环境负担相对较小;同时,从机理上看也具备一定的抗太空辐照潜力。但该体系属于多元化合物半导体,组分与相结构耦合复杂,容易出现原子占位无序、缺陷类型多且相互作用强等问题,进而增强载流子复合、抬高内部能量损耗,限制开路电压与整体转换效率提升。此外,薄膜制备窗口较窄、工艺一致性要求高,使得规模化放大与组件化验证长期面临难点。 影响——据介绍,中国科学院物理研究所孟庆波团队围绕结晶质量提升、原子结构有序化和缺陷调控等关键问题持续攻关,从降低缺陷活性、减少内部损耗入手,推动器件效率实现跨越式提升:在突破13%效率瓶颈基础上,先后实现14%、15%、16%等阶段性进展,并完成器件面积放大以及柔性电池与组件构建。此次电池经权威认证效率提升至16.6%,表明该体系在关键指标上进入更接近产业对接的区间。按照薄膜光伏技术的一般规律,当效率稳定迈入15%至16%且具备可重复制备能力后,产业端更易推进工艺固化、良率提升、组件封装与应用验证等系统工程,为打通“实验室—产线”的链条创造条件。 对策——面向产业化落地,下一步关键是把“单点突破”转化为“系统能力”。其一,建立更稳定的材料与工艺窗口,加强对元素配比、相纯度、晶界与界面能带的精细调控,提高批次一致性与长期可靠性。其二,围绕柔性与轻量化优势,完善匹配的封装、互联与耐环境测试体系,推动组件在弯折、热循环、辐照等场景下的寿命评估标准化。其三,以应用需求为牵引,形成“材料—器件—组件—系统”协同迭代机制,通过示范验证倒逼制造工艺与供应链成熟。其四,统筹基础研究、工程验证与产业协同,完善关键装备、关键材料以及检测认证体系配套,缩小实验效率与产品效率之间的差距。 前景——当前全球能源转型与空间基础设施建设叠加推进,推动太阳能技术向“更轻、更强、更可持续”演进。CZTSSe依托常见元素体系,具备资源保障与成本优化空间;若在效率继续提升的同时实现稳定量产,有望在分布式发电、建筑一体化、可穿戴与移动供能、无人系统以及航天装备等领域拓展应用。业内预期,若未来电池效率更接近20%、组件效率达到18%并实现批量制备,其在特定场景中的综合优势将更突出,有望与既有光伏路线形成互补,提升我国光伏产业链在多技术路线并进中的韧性与竞争力。

新型光伏技术的竞争,关键在材料科学、工程制造与应用场景的联合推进。CZTSSe在效率提升与柔性组件上的同步进展,说明了基础研究向工程化转化的能力,也为我国面向未来的低成本、轻量化、可持续能源技术储备增加了重要选项。将实验室指标转化为可规模复制的产业能力,仍需在可靠性、制造一致性与系统集成上持续投入;但从目前进展看,这个路线已经迈出关键一步。