25日從中國(guó)科學(xué)院物理研究所獲悉，該所孟慶波研究員團(tuán)隊(duì)在新型薄膜光伏領(lǐng)域再次取得突破，將銅鋅錫硫硒電池權(quán)威認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率提升至16.6%，并完成高性能柔性電池及組件研制，第10次刷新該領(lǐng)域世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)在新型光伏領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全球領(lǐng)跑，技術(shù)邁過(guò)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵門檻。

(中國(guó)科學(xué)院物理研究所供圖)

銅鋅錫硫硒是一種新型薄膜光伏材料，它的原料主要是銅、鋅、錫等常見(jiàn)元素，資源豐富、成本低，而且對(duì)環(huán)境影響小，還特別耐太空輻照。因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，這種材料被看作未來(lái)在地面和太空大規(guī)模應(yīng)用的重要選擇，特別適合低軌衛(wèi)星、太空能源基地這類重大工程，正好滿足它們對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)“低成本、長(zhǎng)壽命、輕質(zhì)化”的核心需求。

“盡管這種材料優(yōu)勢(shì)很明顯，但近十年來(lái)，銅鋅錫硫硒光伏技術(shù)的發(fā)展并不順利。由于含有多種元素，材料容易出現(xiàn)復(fù)雜的缺陷、原子排列不規(guī)整、內(nèi)部能量損耗大等問(wèn)題，電池性能和整個(gè)行業(yè)的發(fā)展一度陷入停滯。”孟慶波說(shuō)。

為解決這一難題，孟慶波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后攻克了材料結(jié)晶、原子結(jié)構(gòu)調(diào)控、缺陷控制等關(guān)鍵技術(shù)難題。他們提出了一種“原子空位”策略，引導(dǎo)銅原子和鋅原子有序排列，從源頭上減少了缺陷活性和內(nèi)部能量損耗。

2022年，孟慶波團(tuán)隊(duì)率先突破了銅鋅錫硫硒光伏技術(shù)13%的光電轉(zhuǎn)換效率瓶頸。隨后三年間，團(tuán)隊(duì)連續(xù)實(shí)現(xiàn)了14%、15%直至16%的效率跨越，并完成了高性能柔性電池及組件的研制。相關(guān)成果入選2023年度中國(guó)光伏領(lǐng)域重大科技進(jìn)展。同時(shí)，從2023年起，他們的研究已連續(xù)五次發(fā)表在《自然·能源》雜志。

按照薄膜光伏的發(fā)展規(guī)律，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%到16%這個(gè)區(qū)間，就可以逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。目前，銅鋅錫硫硒光伏技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)16.6%，再加上材料本身的優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)邁過(guò)了產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵門檻。

業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，當(dāng)電池效率接近20%、組件效率達(dá)到18%，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)后，這項(xiàng)技術(shù)將具備全面的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有望廣泛應(yīng)用于航天裝備等場(chǎng)景，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和航天強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略提供有力支撐。孟慶波表示，團(tuán)隊(duì)后續(xù)將深化基礎(chǔ)研究、推進(jìn)技術(shù)研發(fā)，聯(lián)動(dòng)各方加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為全球清潔能源體系貢獻(xiàn)中國(guó)方案。