Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)和Cu(In,Ga)(S,Se)2(CIGSSe)作为环境友好型的直接带隙材料，广泛应用于无机薄膜太阳能电池。吸收层材料结晶质量不高、高浓度的体相深能级缺陷以及异质结界面严重的载流子复合是限制此类太阳能电池性能提升的关键原因。围绕以上问题，武四新教授团队从晶体生长过程调控、吸收层后处理以及优化缓冲层等方面提升晶体结晶性、钝化有害的深能级缺陷、改善优化异质结界面质量，取得重要的研究进展。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials（IF：19.924）、Advanced Science（IF：17.521）和Small（IF：15.153）等国际顶级期刊。
1.两步降温协同控制CuZn和SnZn缺陷提高CZTSSe太阳能电池效率研究
在本工作中，针对吸收层长晶的过程设计了先快后慢的两步降温策略，实现了Sn相关缺陷和缺陷簇以及Cu-Zn无序缺陷的协同抑制。较高温度段的快速降温抑制了锌黄锡矿相分解和Sn的损失，抑制了Sn相关的缺陷和缺陷簇，低温段的慢速降温给了晶格充分的弛豫时间，提高了Cu-Zn有序度。通过两段降温过程协同作用，减弱了电池带尾态效应，促进了载流子传输，最终使器件开压提高50 mV，并实现了12.87%的光电转换效率。材料学院硕士研究生耿航为论文第一作者，武四新教授和孟月娜副教授为本论文共同通讯作者。（Advanced Functional Materials, 2022, 2210551）。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202210551
2.阳离子氧化还原体系与前驱体膜预退火温度协同优化制备高质量CZTSSe薄膜
在本工作中，采用Cu2+、Sn2+氧化还原体系与预退火温度协同优化，提出了一种实现CZTSSe单层贯穿吸收层的新策略。利用结构、形貌、电学和光电表征方法研究预退火温度对吸收层质量的影响，确定最佳预退火温度为430℃。通过探究单层贯穿吸收层的生长机理和氧化还原反应速率对吸收层晶粒生长的影响，提出了三种吸收层生长机制和临界温度的概念。这种单层贯穿吸收层的器件，有效抑制了晶界和界面载流子的复合。获得了高开路电压0.501 V和11.76%的器件效率，均为目前DMF基太阳能电池的最高值。材料学院硕士研究生王梦阳为论文共同第一作者，河南大学武四新教授、许昌学院郑直教授、范丽波教授和赵超亮讲师为论文的共同通讯作者（Advanced Science, 2022, 9, 2201241）
文章链接：http://doi.org/10.1002/advs.202201241
3.GeSe2沉积后处理抑制界面缺陷提高CZTSSe太阳电池效率研究
研究表明Ge元素的引入可以有效抑制吸收层中的SnZn深能级缺陷和[2CuZn+SnZn]缺陷簇的形成几率。由于在高温硒化过程中Ge的挥发和无序扩散，使其对器件耗尽区内部深能级缺陷钝化受到限制。针对这一问题，本工作通过GeSe2表面沉积后处理工艺（GeSe2-PDT），通过优化后期热处理条件控制Ge的扩散，在吸收层上表面引入较高浓度的Ge取代，有效钝化了异质结界面的有害深能级缺陷，改善了界面复合，大幅提高了CZTSSe光伏器件的开路电压和光电转化效率。材料学院硕士研究生张鑫为论文第一作者，河南大学周正基副教授和武四新教授、陕西师范大学田庆文副教授和刘生忠教授为论文共同通讯作者。（Advanced Functional Materials, 2022, 2211315）
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202211315
4.基于CdZnS梯度带隙构筑的CZTSSe太阳能电池研究
在经典的CdS缓冲层中掺杂Zn元素是优化异质结界面能带排列和降低界面缺陷的可行策略。但目前Zn掺杂CdS的方法还不尽如人意。本研究工作提出改变Cd和Zn源直接混合的添加方式，在CdS沉积过程中，逐渐加入Zn到Cd的缓冲溶液中。由于Zn的沉积速率慢，缓冲液中的Zn/Cd比例会逐渐增加，导致沉积达到CdZnS层的Zn的含量逐渐提高，从而使得CdZnS带隙逐渐增大，形成梯度带隙ZnCdS缓冲层。梯度能级结构将传统spike结构的导带带阶由一个较大的带阶转换为若干个更小的带阶，更有利于光生电子的传输，使缓冲层的吸收更趋向于紫外光，减少可见光的损失。同时CdS引入Zn可以降低界面缺陷浓度。通过优化缓冲层梯度，制备出了效率为12.35%的CZTSSe太阳能电池。材料学院硕士研究生徐圳和高迁迁为论文第一作者，武四新教授和袁胜杰副教授为论文共同通讯作者。（Advanced Functional Materials, 2022, 2209187）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202209187
5.前驱体组分调控制备高效液相法CIGS太阳能电池研究
本工作开发了一种简单有效的前驱体膜处理策略，即在CIGS前驱体膜底部引入富Cu (CGI大于1) CIGS层，成功在溶液法中实现了富铜组分的引入。研究发现富Cu CIGS层的引入大大提高了吸收层结晶性，降低了吸收层缺陷密度。从而实现了更高效的电荷收集和分离。通过系统优化，本研究获得了16.05%的光电转换效率。材料学院硕士研究生高迁迁为本论文第一作者，武四新教授和袁胜杰副教授为论文通讯作者。（Small，2022, 2203443）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202203443
以上工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学经费项目的大力支持。
