铜锌锡硫硒化物（Cu2ZnSn(S,Se)4，简称CZTSSe）薄膜太阳能电池因其环保、低成本和高稳定性而受到广泛关注。纯硫化物Cu2ZnSnS4（CZTS）是基于硒的kesterite材料中的重要分支。通过合金化金属元素（如Cd、Ge或Ag），CZTS带隙可以在1.3–2.1 eV范围内调节。
然而，纯硫化kesterite电池的光电性能仍面临重大瓶颈，认证效率多年来仍保持在11%左右。主要限制因素在于开路电压（VOC）较低。梯度带隙是缓解这些问题的一种很有前途的方法，但由于围绕控制元素分布的挑战，还没有在锌黄锡矿太阳能电池中有效地实现。
近日，中国科学院物理研究所Kang Yin, Jinlin Wang, Licheng Lou, Fanqi Meng，Jiangjian
Shi，罗艳红Yanhong Luo & 孟庆波Qingbo Meng等，在Nature Energy上发文，提出了一种通过Cd合金化的预结晶策略，成功实现了溶液处理CZTS的梯度带隙工程。
一方面，预结晶策略诱导了CZTS薄膜中的均匀成核，从而减少了薄膜生长过程中强烈的垂直质量传输；另一方面，改善了CZTS的初始晶体质量，进而提高了Cd的扩散屏障。这些综合效应使得在CZTS吸收层中成功实现了显著的Cd梯度。
Cd梯度CZTS具有以导电带为主导的梯度带隙，显著促进了载流子的输运。Cd丰富的CZTS表面改善了kesterite/CdS的导电带对准，并减少了界面缺陷。还实现了认证的全面积电池效率为13.16%，并显著降低了VOC损失，相比于先前的研究结果取得了显著进展。这些成果标志着纯硫化kesterite太阳能电池的一大突破。
图1: 预结晶对硫化过程的影响
图2: 元素和能带梯度
图3: 薄膜和器件的光电特性
图4: 光伏器件的性能
