科研成果 / Notice
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化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院李位教授團(tuán)隊(duì)在JACS《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》發(fā)表最新研究成果（圖）
本網(wǎng)訊（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院?周文）近日,，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院李位教授課題組在四元化合物半導(dǎo)體銅鋅錫硫（CZTS）太陽(yáng)能電池帶尾效應(yīng)的形成與消除機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Mitigating Band Tailing in Kesterite Solar Absorbers: Ab Initio Quantum Dynamics”為題在線發(fā)表于國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS,，中文名稱：《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》，美國(guó)化學(xué)會(huì)旗艦期刊,，中國(guó)科學(xué)院一區(qū)top,，最新影響因子:14.5)?；膶W(xué)院2023級(jí)碩士研究生張平治為第一作者,，李位教授、中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所侯柱鋒副研究員和美國(guó)南加州大學(xué)的Oleg V. Prezhdo教授為共同通訊作者,，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一完成單位,。
太陽(yáng)能是目前可再生能源種類中最易普及和推廣使用的清潔能源之一。光伏發(fā)電作為太陽(yáng)能利用的主要形式,，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植,、灌溉、病蟲害防治及農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,。CZTS因其豐富的組成元素,、無(wú)毒性和高吸收系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，已成為太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),。目前,，CZTS太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在2024年已達(dá)到14.9%，但仍低于硅和其他薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù),。開(kāi)路電壓損失是限制CZTS太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵因素之一,。提升開(kāi)路電壓的關(guān)鍵在于抑制帶尾態(tài)和非輻射電荷復(fù)合。然而,，帶尾態(tài)的來(lái)源及其對(duì)CZTS太陽(yáng)能電池光電性能的影響機(jī)制仍不清楚,。對(duì)此，李位教授團(tuán)隊(duì)采用從頭算非絕熱分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,，揭示了CZTS帶尾態(tài)和電荷損失的根源,，并提出了相應(yīng)的消除策略。
研究表明，Cu-Zn反替位缺陷團(tuán)簇[CuZn+ZnCu]（Cu-Zn無(wú)序）是CZTS中帶尾態(tài)的重要來(lái)源,，其原因在于無(wú)序體系的厄爾巴赫能量遠(yuǎn)高于有序體系,。Cu-Zn無(wú)序?qū)е铝诵碌牧蛑行呐湮欢嗝骟w的形成，增加了結(jié)構(gòu)的非均勻性,，增強(qiáng)了硫陰離子與周圍陽(yáng)離子的振動(dòng),，電子-聲子相互作用增強(qiáng)，從而降低了載流子的壽命,，限制了CZTS太陽(yáng)能電池的效率,。Cd部分取代Zn促進(jìn)了結(jié)構(gòu)的有序性，顯著抑制了帶尾態(tài)的形成,。這一現(xiàn)象歸因于Cd更大的原子半徑和質(zhì)量,，減弱了陰離子周圍的成鍵強(qiáng)度，抑制了共價(jià)四面體內(nèi)的硫相關(guān)振動(dòng),，減少了非絕熱耦合,，從而延長(zhǎng)了載流子的壽命。該研究明確了陽(yáng)離子無(wú)序性對(duì)CZTS帶尾態(tài)和載流子壽命的重要影響,，為通過(guò)調(diào)控陽(yáng)離子無(wú)序性實(shí)現(xiàn)高效CZTS太陽(yáng)能電池,、促進(jìn)光伏農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一種有效途徑。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：22373033),、湖南省湖湘青年英才的經(jīng)費(fèi)支持,。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14416