薄膜太陽能電池或可量產(chǎn) 《科學(xué)》雜志發(fā)表我國科學(xué)家創(chuàng)新研究成果

3月29日據(jù)中央廣播電視總臺中國之聲《新聞縱橫》報道，隨著煤、石油、天然氣等能源日益減少和環(huán)境污染日益加劇，無限可再生的清潔能源———太陽能引起人們的關(guān)注，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池的研制也得到了迅速發(fā)展。

目前，以商業(yè)化的晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率最高，但受材料純度和制備工藝限制，很難再提高轉(zhuǎn)化效率或降低成本。只有幾微米厚度的薄膜太陽能電池，是降低成本和提高光子循環(huán)的理想材料。

作為薄膜太陽能電池中的佼佼者，鈣鈦礦太陽能電池因為制備過程中材料不穩(wěn)定、工藝復(fù)雜且污染較高等問題，一直無法量產(chǎn)。最近，我國科學(xué)家的創(chuàng)新研究成果突破了這些痛點，為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)利用，創(chuàng)造了前提條件。

國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志26日在線發(fā)表的關(guān)于太陽能電池的最新研究成果來自我國西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團隊，成果名稱叫作《室溫、高濕度下制備穩(wěn)定的甲脒基鈣鈣鈦礦》，這到底是什么樣的創(chuàng)新成果，又會對太陽能電池和我們的生活帶來哪些改變？

先來了解成果名稱中提到的鈣鈦礦這個概念。簡單來說，鈣鈦礦就是一種用于太陽能發(fā)電的新材料，相比傳統(tǒng)太陽能電池板中使用的晶體硅，鈣鈦礦不僅更輕薄、可變型，同時更便宜、更環(huán)保，在應(yīng)用范圍上將產(chǎn)生顛覆性變革。因此，鈣鈦礦的研究已經(jīng)成為各國科學(xué)家追逐的“熱點”。但這樣優(yōu)秀的太陽能發(fā)電材料，卻始終處在基礎(chǔ)研究階段。黃維院士團隊的陳光華教授介紹，這是因為鈣鈦礦材料本身非?！懊舾小保诳諝庵袠O易發(fā)生變化，極大地制約了它的量產(chǎn)?！坝捎阝}鈦礦材料它不穩(wěn)定，它怕水，它怕氧氣，然后都要在惰性的環(huán)境去做。比如我們在充滿氮氣的手套箱里面，充滿氬氣的手套箱里面去做，就在一個小盒子里面去做，這就限制了它的工業(yè)化生產(chǎn)?！彼f。

如何在正常的空氣中，正常的溫度和濕度下制備穩(wěn)定的鈣鈦礦材料就是黃維院士團隊這項創(chuàng)新研究成果的核心。團隊成員、西北工業(yè)大學(xué)博士研究生晁凌鋒表示，他們團隊獨創(chuàng)性地提出了，以一種多功能的“離子液體”作為溶劑來替代傳統(tǒng)的有毒的有機溶劑制備鈣鈦礦材料，不僅穩(wěn)定性高、制備工藝簡單，還提高了光電轉(zhuǎn)化率。鈣鈦礦原材料本身是粉末狀，和其他兩三種材料混到一個溶劑里，形成均勻的溶液，好比把糖和鹽溶于水一樣。將得出的溶液涂到一個襯底上，它就形成了一層薄膜，這薄膜只有不到一微米，相當(dāng)于百分之一的A4紙的厚度。然后再給它鍍上電極，它就是一個完整的太陽能電池了。

晁凌鋒說：“本來鈣鈦礦是極不穩(wěn)定的，很難在室溫空氣中制備，但我們團隊合成了一種離子液體，這種離子液體就可以去穩(wěn)定我們現(xiàn)在研究的這種鈣鈦礦材料。好比鈣鈦礦是草原上的羊群，鈣鈦礦的晶胞就是羊，羊極其容易亂跑，讓羊群走散。而離子液體就相當(dāng)于牧羊犬，在羊群也就是在鈣鈦礦分子中發(fā)號施令、穩(wěn)定隊形。這個新隊形就是我們想要得到的鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。”

傳統(tǒng)制備過程中材料不穩(wěn)定、工藝制備復(fù)雜且污染性較高等卡脖子難題都解決了，是否意味著這種薄如蟬翼的鈣鈦礦太陽能電池可以工業(yè)化生產(chǎn)，很快走入我們的生活了？陳光華教授說，鈣鈦礦本身比較便宜，但是它制備的方法受限，我們提出了空氣中制備鈣鈦礦電池的方法，不用那么多那么復(fù)雜的設(shè)備，那么苛刻的設(shè)備條件，還能夠大幅降低成本。這對這工業(yè)化生產(chǎn)意義非常大。現(xiàn)在已經(jīng)有一些初創(chuàng)企業(yè)、還有做硅晶光伏的企業(yè)也都紛紛轉(zhuǎn)型來做鈣鈦礦，有這些企業(yè)的加入，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該很快。

未來，沙漠腹地、樓宇外墻、手機等都不再需要傳統(tǒng)電池，只需要一塊更低廉、更清潔的鈣鈦礦太陽能電池就能夠滿足所需。同時，還可以應(yīng)用在柔性可穿戴、航天器搭載等重要領(lǐng)域。晁凌鋒對鈣鈦礦太陽能發(fā)電材料的應(yīng)用前景充滿信心。他表示，鈣鈦礦太陽能電池未來的應(yīng)用相比于硅晶來說更廣泛。寫字樓的玻璃可以做成這種太陽能電池板，它不僅可以讓寫字樓里邊照樣得到光，還可以發(fā)出電，它其實就是智能窗?！斑€有可以貼在你的手機的屏幕上，現(xiàn)在可折疊手機已經(jīng)出來了，我們正常用這種充電的鋰電池它是一個儲能電池，它只能儲能，但是它的儲能是有限，因為要彎折，就要把儲能電池做得很小，所以它儲存量有限，時不時給它充電。有了太陽能電池之后，只需要在日常的陽光下，就可以實現(xiàn)不斷給手機充電?！?/span>