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万立骏/薛丁江团队在硒太阳能电池研究方面取得新进展
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万立骏/薛丁江团队在硒太阳能电池研究方面取得新进展 发布时间：2026-06-16【字体： 大 中 小 】【打印】 【关闭】 单质硒是研究历史最悠久的光伏材料之一，因其约1.9 eV的本征宽带隙，在叠层和室内光伏领域再度引起广泛关注。此外，硒还具有吸收系数高、稳定性强、绿色环保、成本低廉等优势，是一种极具应用前景的宽带隙光伏吸收层材料。然而，传统热退火工艺制备硒薄膜时，薄膜易发生严重的去润湿现象，迫使退火时间大幅缩短，导致薄膜结晶质量低、晶粒尺寸小（~500 nm），非辐射复合损失严重，极大限制了器件开路电压与效率的进一步提升。因此，实现致密、连续、大晶粒硒薄膜的可控制备，对提升硒太阳能电池的效率具有重要意义。 在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所分子纳米结构与纳米技术实验室万立骏/薛丁江团队长期致力于硒太阳能电池方面的研究，取得了系列进展（Sci. Adv.2022, 8, eadc9923; Joule2024, 8, 1430; J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 6345; Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202413429; Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202505297; Adv. Mater.2025, 37, 2410835）。 近期，该研究团队在前期工作基础上，针对硒薄膜热退火过程易发生去润湿的关键难题，提出了一种 “光照辅助退火（IAA）”策略。研究人员首先利用硒在室温下的光致结晶特性，在不引发去润湿的前提下使非晶硒薄膜转化为晶态，随后通过进一步的热退火提升其结晶质量。该策略的核心在于：室温光致结晶阶段通过光激发绕过热力学能垒，实现了无去润湿的晶化过程；后续高温退火则促进晶粒进一步长大，形成致密、连续、无孔洞的大晶粒薄膜。该协同工艺有效抑制了非辐射复合中心与漏电路径，将缺陷态密度降低至6.9×1014 cm-3，载流子寿命延长至22.9 ns。最终制备的硒太阳能电池经第三方认证，效率达到10.3%，开路电压高达1.03 V，且未封装器件在环境条件下经1000小时最大功率点追踪后性能无衰减。该工作深化了对硒薄膜结晶动力学与非辐射复合调控机制的理解，为高性能无机薄膜光伏材料的制备提供了新思路。 相关研究成果发表在Nat. Energy, 2026, 11, 274，文章的第一作者为博士生温欣，通讯作者为薛丁江研究员、万立骏研究员以及新加坡国立大学侯毅教授。同期Nature Energy的新闻和观点栏目（News & Views）以“Selenium hits double digits”为题对该工作进行了专题评述，指出“此次效率突破意义重大，硒电池成功跨过 10% 的效率门槛，进一步印证了单质硒在太阳能电池领域的极大应用潜力”。 图. (a) 光照辅助退火（IAA）策略示意图；(b) 基于对照组和IAA器件的空间电荷限制电流测试曲线； (c) 基于对照组和IAA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。 分子纳米结构与纳米技术实验室 2026年6月16日 |
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