国际顶尖学术期刊Science(《科学》)在线发表了西北工业大学黄维院士团队的研究成果《室温、高湿度稳定的钙钛矿太阳能电池》。
西部网讯(记者 李卓然)今天(3月26日),国际顶级顶尖学术期刊Science(《科学》)在线发表了西北工业大学黄维院士团队的研究成果《室温、高湿度稳定的钙钛矿太阳能电池》(英译:Stabilizing black-phase formamidinium perovskite formation at room temperature and high humidity)。此项研究独创性地提出以一种多功能的“离子液体”作为溶剂来替代传统的有毒的有机溶剂制备钙钛矿光伏材料。相关研究成果解决了传统钙钛矿光伏材料制备过程中的世界性难题,实现了光伏领域的重大突破。
离子液体及其制备的钙钛矿太阳能电池。
目前,全球以“光伏”为代表的可再生能源产业链驶入发展快车道。其中,钙钛矿光伏功不可没,它相比传统太阳能电池板中使用的硅晶体,不仅更便宜、更轻薄、可变型,同时成本也更低廉、更环保,在应用范围上将产生颠覆性变革。因此,钙钛矿光伏材料的研究已经成为各国科学家追逐的“热点”。
“未来,沙漠腹地、楼宇外墙、手机等都不再需要传统电池,只需要一块更低廉、更清洁,薄如纸张的钙钛矿太阳能电池就能够满足所需。同时,还可以应用在柔性可穿戴、航天器搭载等重要领域。”研究团队成员、西北工业大学博士研究生晁凌锋对钙钛矿光伏材料应用前景充满信心。
但钙钛矿光伏材料的研究却始终存在许多“痛点”。例如,以甲脒基钙钛矿为代表的钙钛矿光伏材料非常“敏感”,在空气中极易发生相转变,极大地制约了其量产。
团队研发的可折叠柔性电子产品。
西北工业大学黄维院士团队致力于钙钛矿光伏材料研究,通过原始创新解决材料不稳定、光电转化率不高、工艺制备复杂且污染性较高等卡脖子难题。在多年的探索中,团队将研究的焦点集中在钙钛矿光伏材料的制备工艺上。
要解决制备工艺的问题,首先要寻找到一种环境友好、物理化学性质稳定、可调和的溶剂。离子液体溶剂便是这样一种“四两拨千斤”般的存在。
“从一开始,我们就跳出了钙钛矿光伏材料制备的传统思路。”研究团队成员、南京工业大学陈永华教授说,将离子液体溶剂引入制备过程后,钙钛矿光伏材料的制备过程变得非常简单,且整个过程完全可以在室温、空气中和高湿度的环境下进行,更令人惊喜的是,通过这一工艺制备的钙钛矿材料稳定性和光电转化率都大大增加,“可谓是一石三鸟”。
经过离子液体制备的FAPbI3材料,其内部结构变得整齐有规律(右),大大提高了材料的稳定性和光电转化效率。
“离子液体就像是草原上的‘牧羊犬’,在‘羊群’也就是钙钛矿的分子成分中起到了发号施令、排兵布阵的作用,它稳定队形后便无声退出了。这个新队形就是我们想要得到的钙钛矿电池的稳定性。”研究团队成员、西北工业大学博士研究生晁凌锋形象地解释道。
这项研究成果实现了功能导向、择优设计、绿色无毒、稳定高效的离子液体钙钛矿光伏制备技术,为钙钛矿太阳能电池的大规模生产利用创造了前提条件。