双面对称的柔性CZTSSe薄膜太阳能电池的研究
室内光伏发电是通过吸收利用生活中灯光达到节能环保的目的，促进智能住宅产业的发展。柔性Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) 薄膜太阳能电池具有绿色环保、成本低廉、稳定高效的特点，在室内光伏市场具有巨大的发展潜力。由于室内光照较弱且具有多方向性，能量的收集和利用变得尤为困难，传统结构的太阳能电池应用范围受限。福州大学程树英教授团队提出的双面对称的柔性CZTSSe薄膜太阳能电池，不仅具有优良的弱光性能和柔性无毒的特点，而且能够有效收集来自于四面八方的光线，从而实现室内光伏装饰一体化的设想，为新型室内光伏应用产品的发展提供方案。
图1. （a）双面CZTSSe的室内光伏应用设计；（b）器件照片和结构示意图。图片来源：Nat. Commun.
该光伏器件具有双面对称结构（Ag / ITO / ZnO / CdS / CZTSSe / MoSe2 / Mo / MoSe2 / CZTSSe / CdS / ZnO / ITO / Ag）。该器件关键之处为采用了60微米厚、高导电性的Mo箔作为衬底，完美兼容了传统CZTSSe体系及工艺，不仅具有足够强度来支撑两侧的多层薄膜，而且显示出高的弯曲性能。在制作过程中，创新地采用两侧同步交替沉积的方式，衬底清洗、自旋涂层、退火、硒化和化学水浴沉积等工艺通过一次性的实验制备得到两侧薄膜，保持了两面的一致性，还节省了时间和成本。
图2 （a-c）柔性CZTSSe电池正反面器件性能；（d-f）弱光下器件性能。图片来源：Nat. Commun.
通过对性能的优化，该器件在标准太阳光下两面的效率分别为9.3%和9%，器件两面的性能基本一致，在柔性CZTSSe薄膜电池领域处于国际领先水平。为了适应室内的应用环境，检测了器件在弱光下的性能特性，在1.5-18.5 mw/cm2弱LED照明下，器件的效率也达到6-8.8%，短路电流密度保持线性关系。另外，在50°角状态下弯曲3000次后，器件的两面同时承受拉伸和挤压应力，双面柔性CZTSSe电池可以保持原有效率的95%以上，完全满足室内柔性装饰的使用要求。
由于Mo箔是良好的导体，双面CZTSSe太阳能电池共用了同一衬底，易实现两端的并联。正反面分别采用1个太阳光和0.3倍太阳光照射，并联电路的输出短路电流为8.7 mA，实现前电池（7.0 mA）和后电池（2.1 mA）的电流叠加，损耗<5%。该双面器件可直接利用全方位光，通过衬底旋转产生周期性的可变电流，显著提高了面积利用率。由此可见，该双面柔性CZTSSe太阳能电池的两侧都能吸收光照而发电，并且在弱光下也保持良好转换效率，可被制作成不同形状的室内装饰的移动充电装置，实现室内光伏装饰一体化，具有较大的应用前景。
近期这一成果发表在Nature Communications 上，福州大学硕士生导师邓辉博士为该论文的第一作者，福州大学程树英教授为通讯作者。
