综述：可持续性驱动的黄铜矿太阳能电池研究进展：策略、挑战与未来方向

（编辑推荐）本综述系统梳理了黄铜矿（CZTSSe）太阳能电池在可持续能源领域的研究进展，重点探讨了通过缺陷工程、界面优化和带隙调控（bandgap grading）将效率从2.3%提升至15.1%的关键策略，并展望了突破理论极限（S-Q limit 32.2%）的路径，为开发低成本、无毒（non-toxic）光伏技术提供重要参考。

　　

结构特性

黄铜矿（kesterite）矿物最初发现于俄罗斯雅库特地区，其晶体结构为四方晶系（空间群I4），化学式为Cu₂ZnSn(S,Se)₄（CZTSSe）。这种四元化合物因其组成元素地壳丰度高、毒性低而成为替代CIGS的理想光伏材料。三种主要变体CZTS（带隙～1.45 eV）、CZTSe（～1.0 eV）和硫硒混合相CZTSSe（1.0-1.5 eV可调）中，后者凭借15.1%的转换效率（PCE）成为研究热点。

效率瓶颈与缺陷机制

尽管理论预测其效率可达32.2%（S-Q极限），但实际器件仍受制于开路电压损耗（V_OC-def. >500 mV）。根本原因在于热力学不稳定性导致的固有缺陷：铜锌反位缺陷（Cu_Zn）、锌铜反位（Zn_Cu）、锡锌缺陷（Sn_Zn）和铜空位（V_Cu）等形成深能级复合中心，引发带尾态（band tailing）和静电势波动。此外，二次相分离和晶界（GBs）问题进一步加剧载流子非辐射复合。

突破性策略

缺陷工程：通过阳离子（Ag、Li）或阴离子（Sb、Bi）掺杂调控缺陷形成能，Ag合金化使PCE提升至14.9%；

界面工程：采用原子层沉积（ALD）技术构建CdS/ZnO梯度缓冲层，优化导带偏移（CBO）至"spike"型（0-0.4 eV）；

带隙分级：双梯度带隙设计在空间电荷区（SCR）形成宽禁带，背表面构建准背场（quasi-BSF）提升载流子收集；

低温退火：抑制硒元素挥发，促进元素均匀扩散，使认证效率达14.6%。

环保创新方向

前沿研究聚焦无镉缓冲层（如ZnMgO、In₂S₃）和钼替代电极（WS₂/MoSe₂异质结），结合溶液法（hydrazine-free）制备技术，既降低生产成本又符合RoHS标准。

未来挑战

需解决硒化工艺重复性差、界面相变不可控等问题。多元素合金化（如Ge/Sn共掺）和机器学习辅助成分设计或将成为突破20%效率阈值的钥匙。