什麼是CZTS？氫氣如何解鎖「太陽能電池」的潛力？李佩璇 (2025-02-05 10:49:43)

在太陽能技術發展中，CZTS（Cu₂ZnSnS₄）因其環保與低成本特性，成為備受關注的新材料。CZTS由銅、鋅、錫與硫等豐富且無毒的元素組成，不僅製造成本較矽太陽能電池低，還能減少對環境的影響。編譯／Cynthia

在太陽能技術發展中，CZTS（Cu₂ZnSnS₄）因其環保與低成本特性，成為備受關注的新材料。CZTS由銅、鋅、錫與硫等豐富且無毒的元素組成，不僅製造成本較矽太陽能電池低，還能減少對環境的影響。相比傳統矽電池，CZTS材料來源充足，生產過程更具永續性。目前CZTS的能量轉換效率仍偏低，最高僅約11%，與矽電池仍有明顯差距。如何提升CZTS效率，讓其成為太陽能產業的重要選擇，已成為科學家與工程師積極研究的方向。

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相比傳統矽電池，CZTS材料來源充足，生產過程更具永續性。（示意圖／123RF）[/caption]

CZTS太陽能電池效能

CZTS太陽能電池的主要挑戰之一是載子重組（Carrier Recombination）問題，當光照射到電池時，會產生電子和電洞，若載子重組，能量會損耗，影響轉換效率。這使得CZTS無法與矽電池競爭。為了解決這個問題，研究者採用氫氣退火技術（Hydrogen Annealing），將CZTS材料置於氫氣環境中加熱，促使材料結構變化。這不僅能重新分佈鈉元素，還能修復材料缺陷，提升電子運行效率，減少能量損失，從而提高電池效能。經過處理後，CZTS太陽能電池的效率達11.4%，創下新高。

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CZTS的多重應用潛力

CZTS不僅可以單獨用作太陽能電池材料，還在疊層太陽能電池領域展現出潛力。疊層太陽能電池（Tandem Solar Cells）透過將不同能隙材料疊加，提高對太陽光的吸收效率。由於CZTS可調能隙，與矽太陽能電池結合能進一步提升能量轉換效率。它的環保優勢使其成為可持續能源的選擇，成本較低且無毒，有助於降低製造成本，推動太陽能技術普及，尤其在發展中國家。CZTS薄膜特性也適合用於創新應用，如建築整合太陽能（BIPV）、輕量化太陽能板及離網電力系統。

CZTS的未來發展

儘管氫氣退火技術已顯著提升CZTS太陽能電池效率，但要與矽電池競爭，仍需突破15%的轉換效率門檻。未來研究將專注於優化氫氣退火技術，調整氫氣濃度、溫度和時間，以獲得更穩定且高效的材料。此外，科學家也在探索摻雜工程及先進製程技術，以進一步減少缺陷並提升載子傳輸效率。隨著技術進步，CZTS有望成為主流太陽能材料，並推動全球綠色能源轉型。隨著製造成本下降，CZTS將為全球提供更清潔且具成本效益的能源解決方案。

資料來源：Hydrogen Fuel News

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