近日，河南大学武四新教授团队在锌黄锡矿太阳能电池领域取得新进展，研究成果以《Temperature-Modulated Nucleation Engineering Enables Uniform Distribution of Cations for Efficient Kesterite Solar Cells》为题，在国际知名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表（DOI: 10.1002/adfm.202424870）。该研究通过温度调节高温硒化过程的升温工艺，实现均匀形核和阳离子均匀分布的调控，显著提升CZTSSe太阳能电池性能，为高质量CZTSSe薄膜和高效太阳能电池的制备提供了简单可行的途径。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202424870

在CZTSSe太阳能电池制备过程中，高温硒化过程是形成高质量吸收层的关键阶段，包括成核、结晶和阳离子重排。其中，形核位点和形核尺寸对后续CZTSSe结晶和阳离子扩散具有决定性作用。然而，传统的快速升温硒化工艺由于瞬间产生高温和高硒压导致薄膜表面引发不均匀的异质成核和快速的晶粒生长，造成晶体质量较差的双层晶体结构，并且易导致离子剧烈扩散，造成组分不均匀和CZTSSe薄膜内产生较多缺陷，严重限制了CZTSSe器件性能的进一步提升。

针对这一问题，研究团队创新性地提出了一种温度调节均匀形核策略，成功实现了协同结晶和阳离子均匀分布。该策略有效诱导了更均匀的形核位点和更大的形核尺寸，从而获得了阳离子分布均匀的高质量CZTSSe薄膜。最终，获得了效率超过14%的CZTSSe太阳能电池。

对照组和目标样品从前驱体到CZTSSe吸收层的可能形核、结晶和阳离子/阴离子分布过程的示意图。蓝色和红色椭圆圈分别对应阳离子和阴离子。

该研究解决了传统快速高温硒化工艺面临的组分不均匀和缺陷较多的难题，为利用均匀形核获得高质量CZTSSe薄膜和高效太阳能电池提供了一种可行方案。

河南大学博士研究生王丽晶为论文第一作者。河南大学周正基教授、武四新教授，许昌学院郑直教授和南阳师范学院杨刚教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅和河南省教育厅等经费项目的大力支持。