科學(xué)家突破新一代光伏核心技術(shù)。

▲研究團(tuán)隊協(xié)同探究材料關(guān)鍵難題(資料照片)。新華社發(fā)

針對鈣鈦礦太陽能電池高溫工作條件下運(yùn)行穩(wěn)定性差這一領(lǐng)域難題，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授袁明鑒與加拿大多倫多大學(xué)教授Edward H. Sargent合作展開深入研究，成功制備出兼具高能量轉(zhuǎn)換效率與高運(yùn)行穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池器件，標(biāo)志新一代光伏技術(shù)取得重大突破。

9月30日晚，《自然》雜志以“兼具高效熱穩(wěn)定性的甲脒銫組分鈣鈦礦太陽能電池”為題，發(fā)表此項研究成果。

鈣鈦礦是一類具有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的材料，廣泛應(yīng)用于新型太陽能電池等半導(dǎo)體器件。鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏技術(shù)，曾被《科學(xué)》雜志評為2013年十大突破之一，也是目前全球脫碳浪潮下最有前景實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型的光伏技術(shù)之一。其獨(dú)特的柔性兼容性與大面積制備潛力，為光伏、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車乃至航天航空等領(lǐng)域帶來前所未有的機(jī)遇。

▲科學(xué)家展示鈣鈦礦太陽能電池模組(資料照片)。新華社發(fā)

這種新型太陽能電池的穩(wěn)定性一直是限制其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。鈣鈦礦材料作為電池的吸光層，其穩(wěn)定性受外界環(huán)境因素影響顯著。目前，高性能鈣鈦礦太陽能電池在制備過程中往往需要依賴易揮發(fā)的有機(jī)胺鹽添加劑來穩(wěn)定物相并調(diào)控結(jié)晶。然而，這種添加劑在高溫條件下極易分解，引發(fā)鈣鈦礦薄膜化學(xué)組分失衡，進(jìn)而顯著降低電池在高溫工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性。

針對這一難題，袁明鑒帶領(lǐng)研究團(tuán)隊結(jié)合理論預(yù)測，發(fā)展了一種具有更高熱穩(wěn)定性的合金鈣鈦礦制備策略，該策略徹底解決FACsPbI3鈣鈦礦薄膜組分不均一的問題。利用該策略制備的FACsPbI3鈣鈦礦太陽能電池器件，展現(xiàn)出世界一流的能量轉(zhuǎn)換效率與高溫工況穩(wěn)定性。

“此項研究不僅為鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提升奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也為光伏技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)用化和商業(yè)化開辟廣闊前景，對推動全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型具有深遠(yuǎn)意義。”袁明鑒說。

袁明鑒表示，目前研究團(tuán)隊正通過校企合作，積極推進(jìn)符合產(chǎn)業(yè)化需求的高性能鈣鈦礦太陽能電池模組的研發(fā)，力求盡快推動研究成果的實(shí)際應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化落地。