光電轉換效率達10.3%！我國硒太陽能電池研究取得進展

硒具有吸收系數高、穩定性強、綠色環保、成本低廉等優勢，是一種應用前景廣闊的寬帶隙光伏吸收層材料。然而，傳統熱退火工藝制備硒薄膜時，薄膜易發生去潤濕現象，迫使退火時間縮短，導致薄膜結晶質量低、晶粒尺寸小（~500nm），且非輻射復合損失嚴重，限制了器件開路電壓與效率的進一步提升。因此，實現致密、連續、大晶粒硒薄膜的可控制備，對提升硒太陽能電池的效率具有重要意義。

近日，中國科學院化學研究所科研團隊針對硒薄膜熱退火過程易發生去潤濕的關鍵難題，提出了“光照輔助退火”策略。

團隊利用硒在室溫下的光致結晶特性，在不引發去潤濕的前提下，使非晶硒薄膜轉化為晶態，并通過熱退火提升其結晶質量。該策略的核心在于，室溫光致結晶階段通過光激發繞過熱力學能壘，實現了無去潤濕的晶化過程。高溫退火促進晶粒進一步長大，進而形成致密、連續、無孔洞的大晶粒薄膜。該協同工藝有效抑制了非輻射復合中心與漏電路徑，將缺陷態密度降低至6.9×10¹⁴cm^-3，載流子壽命延長至22.9ns。第三方認證結果顯示，該硒太陽能電池的光電轉換效率達10.3%，開路電壓達1.03V。此外，在環境條件下對未封裝器件進行1000小時最大功率點追蹤測試，其性能保持穩定，未觀察到明顯衰減。

該研究深化了學界對硒薄膜結晶動力學與非輻射復合調控機制的理解，為高性能無機薄膜光伏材料的制備提供了新思路。

相關研究成果發表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和中國科學院的支持。

(a) 光照輔助退火策略示意圖；(b) 基于對照組和光照輔助退火器件的空間電荷限制電流測試曲線；(c) 基于對照組和光照輔助退火硒薄膜的時間分辨瞬態熒光光譜；(d) 硒太陽能電池的認證電流—電壓測試曲線。