當人類(lei)面臨氣(qi)候變暖和能(neng)源、水資源短缺的(de)挑戰(zhan)時,尋找(zhao)利用太陽光(guang)熱的(de)新途徑、提升利用太陽光(guang)熱的(de)能(neng)力(li),成為人類(lei)社會(hui)可持續發展的(de)題中之義。
7月27日(ri),記者從南京航空(kong)航天(tian)大學(xue)獲悉(xi),中國科學(xue)院(yuan)院(yuan)士、南京航空(kong)航天(tian)大學(xue)教(jiao)授郭萬林團隊,采用全新的(de)基于(yu)(yu)氣相的(de)鈣鈦礦(kuang)(kuang)處理(li)方(fang)法(fa)(fa),突破了以(yi)往液相法(fa)(fa)難以(yi)均(jun)勻(yun)制備大面積(ji)鈣鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)(dian)池器(qi)件的(de)局限,顯(xian)著(zhu)提升了鈣鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)(dian)池的(de)效率和穩定性,制備出光電(dian)(dian)轉化效率超過(guo)18%、超過(guo)200平(ping)方(fang)厘米的(de)鈣鈦礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能電(dian)(dian)池。同時,該電(dian)(dian)池可(ke)以(yi)持續運(yun)行壽(shou)(shou)命(ming)超過(guo)4萬小(xiao)時(等效戶外運(yun)行壽(shou)(shou)命(ming)超25年),刷新世(shi)界紀錄。這為鈣鈦礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能電(dian)(dian)池走(zou)向(xiang)應(ying)用提供了新策略。相關論文近(jin)日(ri)刊發于(yu)(yu)國際學(xue)術期刊《科學(xue)》。
論文(wen)的(de)(de)共同(tong)通訊作者、南京(jing)航空航天大(da)學教授張助華(hua)介紹(shao),當(dang)前(qian),小(xiao)于0.1平(ping)方厘米的(de)(de)小(xiao)面(mian)積金屬鹵(lu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)光(guang)電(dian)轉換效率已經超過26%。然而,鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)仍面(mian)臨著(zhu)長期(qi)運行穩定性不足的(de)(de)難題。針對這一(yi)難題,科學家們研發(fa)出液相處理等方法來鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料表(biao)面(mian)的(de)(de)缺(que)陷(xian),抑(yi)制材(cai)料運行環境(jing)下的(de)(de)老化(hua)(hua)(hua)(hua),從(cong)而得到能(neng)穩定運行達數千小(xiao)時的(de)(de)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi),但器(qi)件的(de)(de)尺寸僅(jin)為數平(ping)方厘米,無法滿足商業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)需求。
“基(ji)于液(ye)相的(de)鈣(gai)鈦礦電(dian)池處理方法,雖(sui)然能顯著(zhu)提升小面積(ji)電(dian)池器件的(de)效(xiao)(xiao)率和穩定性,但在(zai)制備大面積(ji)鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)池時,鈍化劑和鈣(gai)鈦礦薄膜反應(ying)速度不(bu)均,導致薄膜鈍化效(xiao)(xiao)果不(bu)佳(jia)。”論文(wen)的(de)第一(yi)作(zuo)者(zhe)、南京(jing)航(hang)空航(hang)天(tian)大學教授趙曉(xiao)明解(jie)釋(shi)說。
如何在保持較高的(de)(de)光電轉化效(xiao)率的(de)(de)前提(ti)下得到(dao)大面(mian)積長(chang)效(xiao)穩定的(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能(neng)電池,便成(cheng)為重大技術挑(tiao)戰。
此次研(yan)究中,郭萬林(lin)團隊開創性地采用了一種(zhong)全新的基(ji)于氣(qi)相的處理方法——氣(qi)相氟蒸汽處理方法。
“氣(qi)相氟化(hua)處理讓(rang)(rang)氟化(hua)氫在空(kong)氣(qi)中均(jun)勻(yun)地(di)(di)分布,與鈣鈦(tai)礦薄(bo)膜(mo)進行(xing)反(fan)應,形(xing)成穩固(gu)的(de)(de)化(hua)學鍵(jian),抑制薄(bo)膜(mo)缺陷的(de)(de)形(xing)成,并錨定薄(bo)膜(mo)表面附近(jin)的(de)(de)陰離子。”郭(guo)萬(wan)林介紹,與傳統的(de)(de)液(ye)相處理方法相比,氟蒸(zheng)汽處理讓(rang)(rang)鈣鈦(tai)礦薄(bo)膜(mo)更均(jun)勻(yun)地(di)(di)被鈍化(hua),從而使薄(bo)膜(mo)大面積均(jun)勻(yun)地(di)(di)展現出長的(de)(de)光(guang)致發(fa)光(guang)壽命(ming),同時顯(xian)著減少(shao)了誘發(fa)材料(liao)降解(jie)的(de)(de)缺陷源。
郭萬林表(biao)示,該研(yan)究(jiu)為(wei)制(zhi)備(bei)滿足商業化要求(qiu)的(de)太陽能模(mo)組和器件打下了(le)基(ji)礎(chu),加快了(le)鈣鈦礦太陽能電池(chi)從基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)到商業化應用的(de)進程(cheng)。