硒（Se）作为一种重要的宽带隙
光伏材料，凭借其高吸收系数、优异的稳定性、环境友好以及成本低廉等优势，近年来在光伏领域备受关注，被视为下一代薄膜
太阳能电池的理想吸收层材料之一。然而，传统热退火工艺在制备硒薄膜时面临一个长期未能解决的“痛点”——薄膜在高温处理过程中极易发生去润湿现象，导致晶粒尺寸被限制在约500纳米，薄膜内部缺陷密布，非辐射复合损失严重，直接拉低了器件的开路电压和光电转换效率。如何在不引发去润湿的前提下获得致密、连续、大晶粒的高质量硒薄膜，成为制约硒太阳能电池性能提升的关键科学问题。
近日，中国科学院化学研究所的科研团队针对上述难题，提出了一种创新的“光照辅助退火”策略，成功实现了高质量硒薄膜的可控制备。相关研究成果已发表于国际顶级学术期刊 《自然-能源》（Nature Energy）。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。
该策略的核心思路是“分步走”：第一步，室温光致结晶。团队巧妙利用硒在室温下具有光致结晶特性的物理本质，通过光照激发绕过热力学能垒，使非晶硒薄膜在不经历高温的情况下完成晶化过程，从而完全规避了热退火过程中最容易引发去润湿的阶段。第二步，高温热退火。在无去润湿的晶态薄膜基础上，再进行高温退火处理，促使晶粒进一步长大。这种“光结晶+热长大”的协同工艺，最终形成了致密、连续、无孔洞的大晶粒薄膜，从根本上解决了传统工艺中结晶质量与去润湿之间的矛盾。
实验结果表明，通过光照辅助退火工艺制备的硒薄膜，其缺陷态密度显著降低至 6.9×10¹⁴ cm⁻³，载流子寿命大幅延长至 22.9 ns，非辐射复合损失得到有效抑制。经第三方权威机构认证，基于该工艺制备的硒太阳能电池光电转换效率达到10.3%，开路电压达到1.03V，两项关键指标均处于同类器件的前列。
值得一提的是，该器件在未封装状态下，于环境空气中进行长达1000小时的最大功率点追踪测试，器件性能始终保持稳定，未出现明显的效率衰减，充分展示了硒太阳能电池在实际应用场景下的可靠性和耐用性。
该研究不仅为硒薄膜结晶动力学与非辐射复合调控机制提供了新的理论认识，也为其他易发生去润湿问题的无机薄膜光伏材料的制备提供了通用的方法学借鉴，对推动低成本、高性能无机薄膜太阳能电池的发展具有重要意义。
(a) 光照辅助退火策略示意图；(b) 基于对照组和光照辅助退火器件的空间电荷限制电流测试曲线；(c) 基于对照组和光照辅助退火硒薄膜的时间分辨瞬态荧光光谱；(d) 硒太阳能电池的认证电流—电压测试曲线。
这项研究成果的突破性在于，它用“光”这把钥匙，打开了传统热工艺难以跨越的去润湿之锁，为硒
光伏技术的性能提升开辟了一条全新的路径。随着该策略的进一步优化和规模化验证，硒太阳能电池有望在建筑光伏一体化、便携式能源以及叠层电池等应用场景中展现出独特的竞争优势，为光伏领域的多元化发展注入新的活力。
518
0 
我感兴趣
贵州 - 贵阳
2026年08月06日 ~ 08日
