簡(jiǎn)介：“這個(gè)比例的溶液好像更好一些，穩(wěn)定性數(shù)據(jù)更優(yōu)一些……”南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料（2022金屬材料分析測(cè)試與模擬計(jì)算大會(huì)?）研究院柔性電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，胡浙魯副教授正帶著學(xué)生們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對(duì)，他們談?wù)摕崃摇⑸袂閷Ｗ?。連續(xù)7年，他們都在進(jìn)行太陽能新材料“鈣鈦礦”的研究，數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)讓“鈣鈦礦太陽能電池”的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
“這個(gè)比例的溶液好像更好一些，穩(wěn)定性數(shù)據(jù)更優(yōu)一些……”南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料（2022金屬材料分析測(cè)試與模擬計(jì)算大會(huì)）研究院柔性電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，胡浙魯副教授正帶著學(xué)生們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對(duì)，他們談?wù)摕崃?、神情專注。連續(xù)7年，他們都在進(jìn)行太陽能新材料“鈣鈦礦”的研究，數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)讓“鈣鈦礦太陽能電池”的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?，F(xiàn)在，他們依舊在爭(zhēng)分奪秒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就是希望可助力“鈣鈦礦”產(chǎn)業(yè)化，讓我國(guó)以太陽能為代表的新能源發(fā)展提速。
科研人員在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。 南京日?qǐng)?bào)/紫金山新聞?dòng)浾?李花 攝
他們研究啥——鈣鈦礦可否替代晶硅？實(shí)驗(yàn)來探索
放棄假期也要去做實(shí)驗(yàn)研究的究竟是啥？答案是鈣鈦礦。南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院教授陳永華告訴記者，這是一種太陽能發(fā)電的新型材料。目前太陽能發(fā)電用的材料是晶硅，但成本高工藝復(fù)雜，科學(xué)家們?cè)谔剿鲿r(shí)發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦可能是個(gè)不錯(cuò)的替代品。
“新能源的探索，我們必須夜以繼日?！标愑廊A說，當(dāng)前，以太陽能為代表的新能源迅速發(fā)展，但總體比例還處在可以忽略不計(jì)的階段。而我國(guó)傳統(tǒng)煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)，且化石能源終將枯竭，發(fā)展以太陽能為主的綠色新能源、實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化迫在眉睫。將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，需要一個(gè)轉(zhuǎn)化物質(zhì)，目前，雖然科學(xué)家們認(rèn)可了鈣鈦礦光伏材料，也覺得是個(gè)方向，但如何將之適應(yīng)市場(chǎng)，以什么樣的標(biāo)準(zhǔn)來替代晶硅，全世界相關(guān)科學(xué)家都在研究和探索。南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料（2022金屬材料分析測(cè)試與模擬計(jì)算大會(huì)）研究院黃維院士、陳永華教授團(tuán)隊(duì)也決定加盟這個(gè)探索，攻克難題，2015年，團(tuán)隊(duì)開啟實(shí)驗(yàn)。
怎么去研究——廢寢忘食“養(yǎng)小孩”，希望它們都“成材”
然而，從粉末變成性價(jià)比超高的“發(fā)電中介”，并沒那么容易。在手套箱（水氧含量接近真空）里，鈣鈦礦很“能干”，將太陽能轉(zhuǎn)化電能的能力竟然和晶硅差不多。“這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果著實(shí)讓我們提升信心。”研究人員晁凌鋒告訴記者，他們更加確定了研究方向。
可是，他們很快就發(fā)現(xiàn)了問題：很難在空氣中制備獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，而且其極易老化降解，穩(wěn)定性非常差。鈣鈦礦光伏區(qū)別傳統(tǒng)光伏最大的特色之一即可溶液加工性。實(shí)驗(yàn)過程中，科研人員意外發(fā)現(xiàn)，離子液體溶劑可以讓鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)在空氣中制備。那么，什么離子液體溶劑最好？什么樣的成分構(gòu)成比才最有效？團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列新穎的離子液體溶劑，比如醋酸甲胺MAAc、醋酸丁胺BAAc、甲酸甲胺MAFa等，有了這些離子液體溶劑的加盟，團(tuán)隊(duì)提出了在空氣中制備鈣鈦礦薄膜并獲得高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池的新方法，打破了傳統(tǒng)使用的高毒性、強(qiáng)配位的質(zhì)子型DMF、DMSO、NMP等溶劑的限制。
“大部分實(shí)驗(yàn)都是失敗的。每次制備鈣鈦礦薄膜就像‘養(yǎng)孩子’。從給他調(diào)配‘營(yíng)養(yǎng)’開始，到給他最好的光度和溫度，希望他茁壯成長(zhǎng)，然后不停讓他考試，希望成為棟梁之材?！标肆桎h說，如果實(shí)驗(yàn)失敗，沒有達(dá)到想要的結(jié)果，心里是很難過的，“就像你寄予厚望、精心栽培的種子選手沒有取得好成績(jī)時(shí)的那種心情。吃飯吃不香?！?/span>
研究有啥成果——效能達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，為新能源發(fā)展提速
夜以繼日忙研究，有沒有新成果？陳永華告訴記者，他們團(tuán)隊(duì)有30多人專門研究鈣鈦礦，效率從1%到24%，7年來，數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)讓太陽能電池新能源的鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了室溫下、高濕度空氣中甲脒基鈣鈦礦的制備，獲得了高效且穩(wěn)定的鈣鈦礦光伏電池，達(dá)到了國(guó)際該領(lǐng)域的先進(jìn)水平。他們的成果發(fā)表于國(guó)際頂尖期刊《科學(xué)》雜志，入選2021年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”和2021年度“中國(guó)半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”。
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