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原子無序是多元素晶體材料中普遍存在的難題，并對銅鋅錫硫硒(CZTSSe)光伏器件的性能構成了關鍵挑戰。其中，銅-鋅(Cu-Zn)無序因其形成能低而尤為常見，會導致高濃度的深能級缺陷和嚴重的電荷損失。由于無序-有序相變的熱力學與原子互換動力學之間存在難以調和的矛盾，調控這種無序態一直非常困難。

在本研究中，中國科學院物理研究所石將建、李冬梅和孟慶波等人通過摻雜鎂，在CZTSSe表面引入了額外的空位缺陷，從而降低了原子互換的能壘。這種空位輔助的方法增強了Cu-Zn有序化的動力學過程，進而減少了器件中的電荷損失。最終，我們制備的CZTSSe太陽能電池獲得了中國國家光伏產業計量測試中心認證的14.9%光電轉換效率。這一成果標志著新興無機薄膜光伏技術的發展邁出了重要一步。

研究亮點：

創新性的“空位輔助有序化”策略：研究團隊沒有采用傳統的“硬碰硬”摻雜來抑制無序，而是巧妙地通過鎂摻雜并后續溶液刻蝕的方法，在材料表面“創造”出大量銅空位。這些空位為銅鋅原子交換提供了空間，顯著降低了有序化的動力學能壘，實現了從“治標”到“治本”的思路轉變。

顯著抑制缺陷與電荷損失：該策略使材料表面的Cu-Zn有序度大幅提升。實驗證實，優化后器件的體相缺陷密度降低了一半，而界面缺陷密度更是降至原先的十分之一，載流子捕獲速率也大幅下降，從而顯著提升了器件的開路電壓和填充因子。

效率突破與大面積器件驗證：該工作獲得了14.9%的認證效率，是當前CZTSSe太陽能電池領域的最高效率之一，證明了該策略的有效性。同時，團隊成功制備了面積為1.1 cm2的電池，并實現了13.3%的認證效率，展現了該技術走向大面積、產業化的良好潛力。

Wang, J., Meng, F., Lou, L. et al. Vacancy-enhanced cation ordering via magnesium doping to enable kesterite solar cells with 14.9% certified efficiency. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01902-w