2026年3月20日，中国科学院物理研究所孟庆波团队联合杭州电子科技大学等单位在Nature Energy期刊在线发表了题为“Alkali-metal-mediated control of phase segregation for flexible kesterite solar cells and modules with improved efficiency”的研究成果，报道了在柔性无机薄膜光伏领域取得的最新研究进展。该研究围绕多元硫族化合物材料中复杂相分离调控这一关键科学问题，提出动力学竞争调控新机制，实现了柔性CZTSSe太阳电池及光伏组件效率的系统性突破。
随着可穿戴电子、分布式能源系统以及曲面与可集成光伏技术的快速发展，轻量化、可弯曲的柔性光伏器件正成为新能源技术的重要发展方向。Cu2ZnSn(S,Se)4（CZTSSe）是一类由地壳丰度高、环境友好的元素构成的新型无机薄膜光伏材料，兼具低成本潜力与优异机械柔性，被认为是未来便携式能源和空间能源应用的重要候选体系。
然而，尽管该材料体系在元素组成与应用前景方面具有显著优势，其光伏性能提升长期面临国际性发展瓶颈。自2010年代初国外研究团队将器件效率推进至约12%—13%水平后，该技术一度陷入近十年的瓶颈期。其根本原因在于多元组分半导体体系中复杂的缺陷物理问题。因此，如何在结晶过程中实现多相体系的有序演化与缺陷协同调控，成为制约该光伏材料进一步发展的核心科学问题。
围绕这一挑战，中国科学院物理研究所相关研究团队持续开展系统深入研究，逐步建立了对CZTSSe材料结晶动力学、原子有序度调控及缺陷演化机制的整体认识。依托长期技术积累，团队在近三年内相继实现14%、15%及16%多个跨尺度效率突破，推动该体系重新进入快速发展阶段。国际光伏权威统计平台美国可再生能源国家实验室(现更名为落基山国家实验室)发布的“Best Research-Cell Efficiency Chart”已连续4次收录该团队创造的电池效率纪录。同时，由国际著名光伏专家Martin A. Green教授主编的国际权威综述《Solar Cell Efficiency Tables》迄今也已10次收录该团队在CZTSSe电池及组件效率方面取得的世界最高效率结果。
在最新研究中，该团队系统揭示了碱金属元素在柔性CZTSSe薄膜晶体生长过程中的差异化作用机制。研究表明，传统钠（Na）调控虽可促进晶粒生长并改善薄膜形貌，但同时会诱导SnSex中间相的大尺度偏析，从而限制器件电压提升。在此基础上，研究人员创新提出“动力学竞争调控”策略，通过引入锂（Li）元素调节铜相关相的自由能演化路径，使其在晶化过程中优先消耗硒元素，从而有效抑制SnSex相的无序生长，实现多相体系的协同有序演化。
基于这一机制突破，研究团队成功制备出高质量柔性CZTSSe吸收层，实现柔性太阳电池光电转换效率达到14.5%（认证效率14.2%），刷新了该类柔性CZTSSe电池效率纪录。同时，进一步构建了叠瓦式柔性CZTSSe光伏组件，在超过10平方厘米面积上实现12.7%的光电转换效率（认证效率12.0%），不仅超越了日本Solar Frontier公司保持十余年的组件效率纪录，也实现了柔性CZTSSe组件性能首次超过刚性器件。相关认证结果已被《Solar Cell Efficiency Tables（Version 66）》收录。
图1：碱金属协同调控抑制大尺度相分离。
图2：柔性CZTSSe太阳能电池效率突破14%。
图3：基于叠瓦技术的CZTSSe柔性组件实现了12%的组件效率世界纪录。
该研究从材料微观结构调控层面深化了对复杂多元半导体结晶行为的认识，为多相功能材料的有序生长提供了新的理论框架和技术路径。研究成果不仅推动了柔性无机薄膜光伏技术的发展，也为未来高性能可集成能源系统的构建提供了重要科学支撑。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02018-5
