什么是CZTS？氢气如何解锁“太阳能电池”的潜力？

什么是CZTS？氢气如何解锁“太阳能电池”的潜力？

在太阳能技术发展领域，CZTS（Cu₂ZnSnS₄）作为一种新型材料，因其环保和低成本特性而备受关注。CZTS由铜、锌、锡与硫等丰富且无毒的元素组成，不仅制造成本较硅太阳能电池低，还能减少对环境的影响。相比传统硅电池，CZTS材料来源充足，生产过程更具可持续性。目前CZTS的能量转换效率仍偏低，最高仅约11%，与硅电池仍有明显差距。如何提升CZTS效率，让其成为太阳能产业的重要选择，已成科学家与工程师积极研究的方向。

相比传统硅电池，CZTS材料来源充足，生产过程更具可持续性。（示意图／123RF）

CZTS太阳能电池效能

CZTS太阳能电池的主要挑战之一是载子重组合（Carrier Recombination）问题，当光照射到电池时，会产生活性电子和电洞，若载子重组合，能量会损耗，影响转换效率。这使得CZTS无法与硅电池竞争。为了解决这个问题，研究者采用氢气退火技术（Hydrogen Annealing），将CZTS材料置于氢气环境中加热，促使材料结构变化。这不仅能重新分布钠元素，还能修复材料缺陷，提升电子运行效率，减少能量损失，从而提高电池效能。经过处理后，CZTS太阳能电池的效率达11.4%，创下新高。

CZTS的多重应用潜力

CZTS不仅可以用作太阳能电池材料，还在叠层太阳能电池领域展现出潜力。叠层太阳能电池（Tandem Solar Cells）通过将不同能隙材料叠加，提高对太阳光的吸收效率。由于CZTS可调能隙，与硅太阳能电池结合能进一步提升能量转换效率。它的环保优势使其成为可持续能源的选择，成本较低且无毒，有助于降低制造成本，推动太阳能技术普及，尤其在发展中国家。CZTS薄膜特性也适合用于创新应用，如建筑整合太阳能（BIPV）、轻量化太阳能板及离网电力系统。

CZTS的未来发展方向

尽管氢气退火技术已显著提升CZTS太阳能电池效率，但要与硅电池竞争，仍需突破15%的转换效率门槛。未来研究将专注于优化氢气退火技术，调整氢气浓度、温度和时间，以获得更稳定且高效的材料。此外，科学家也在探索掺杂工程及先进制程技术，以进一步减少缺陷并提升载子传输效率。随着技术进步，CZTS有望成为主流太阳能材料，并推动全球绿色能源转型。随着制造成本下降，CZTS将为全球提供更清洁且具成本效益的能源解决方案。

资料来源：Hydrogen Fuel News