童传佳副教授，ACS Energy Letters观点：铜锌锡硫硒太阳能电池中Cu-Zn阳离子无序古老问题的创新性研究

共同第一作者：朱安宇，丁瑞雪

通讯作者：童传佳

单位：中南大学

铜锌锡硫硒太阳能电池（CZTSSe）作为一种新型薄膜太阳能电池，因其吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉，具有很大的发展潜力，受到越来越多关注。然而其目前最高功率转换效率（PCE）也远低于传统太阳能电池，例如CdTe和CIGS。其主要原因是因为开路电压损失，而开路电压损失的主要原因是因为普遍存在的了Cu-Zn阳离子无序。可是以往理论研究认为这种无序影响甚微，而实验报道与此矛盾。本期观点采取新的模拟方法，深入介绍这种无序对材料性质的影响和背后机理。

近日，来自中南大学的童传佳副教授带领的本科生团队，在国际著名期刊ACS Energy Letters上发表题为“Cu−Zn Cation Disorder in Kesterite Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 Solar Cells”的观点文章。该观点文章分析了Cu-Zn阳离子无序同层无序和异层无序的两种情况下对材料性质的影响，不仅解决了该领域实验与理论长达二十多年的争论，更为如何制备更加高效的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池提供强有力的理论指导。

本工作独辟蹊径，摒弃了传统的计算模拟方法，在意识到Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄这类结构特殊性之后，采用新的模拟方法，使用密度泛函理论和非绝热分子动力学模拟，最终发现与以往报道的同层Cu-Zn无序不同。

与同层无序相比，Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄在不同掺杂比例下异层无序都表现出会引起更为严重的晶格扭曲，特别是增大附近的Sn-S/Se键长，从而导致导带底的下移和带隙的下降异层无，降低材料对可见光的吸收。同时异层无序还会加速非辐射复合重组，降低载流子寿命，从而导致太阳能电池的低效。

本研究深入研究了发生在不同层的Cu-Zn无序对Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄薄膜太阳能材料的影响，这解决了该领域实验与理论长期以来的争论，更为如何制备更加高效的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池提供强有力的理论指导。

Cu−Zn Cation Disorder in Kesterite Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 Solar Cells

童传佳，理学博士，中南大学特聘副教授，硕士生导师。2012年本科毕业于同济大学，随后保送至中国工程物理研究院硕博连读，期间赴美国南加州大学联培。2018年赴英国约克大学从事博士后研究，2021年入职中南大学，主要从事第一性原理计算，迄今于JACS，ACS Energy Lett.等SCI期刊发表论文三十余篇，谷歌学术引用2500余次，H因子20.

朱安宇，中南大学电子信息科学与技术专业20级本科生在读

丁瑞雪，中南大学光电信息科学与工程专业20级本科生在读，已成功保研至北京大学直博。

课题组主要研究能源材料物理，基于含时密度泛函理论（TDDFT），采用非绝热分子动力学（NAMD）模拟材料激发态电子特性，通过理论计算与实验相结合探索能源材料设计中的基本物理化学问题。

童传佳老师课题组网站: http://www.tongchuanjia.cn/

童传佳老师个人主页: https://faculty.csu.edu.cn/tongchuanjia/zh_CN/index.htm