鈣鈦礦太陽能電池器件發(fā)展

黃維團(tuán)隊(duì)與西安紅會(huì)醫(yī)院開展合作，推動(dòng)柔性電子在輔助膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的應(yīng)用。人們的生活已經(jīng)離不開太陽，太陽能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。近日，中國(guó)科學(xué)院院士、西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院首席科學(xué)家黃維團(tuán)隊(duì)等領(lǐng)銜的兩項(xiàng)研究成果登上《自然》子刊。其一是在層狀鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，論文發(fā)表于《自然—光子學(xué)》;其二是在有機(jī)—金屬氧化物薄膜晶體管研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，論文發(fā)表于《自然—電子學(xué)》。

黃維在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，鈣鈦礦太陽能電池和金屬氧化物薄膜晶體管的器件效率和性能，目前已在世界范圍內(nèi)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，然而器件方面卻始終存在穩(wěn)定性較差的問題。

“基于此，在這兩項(xiàng)研究工作中，我們通過材料調(diào)控和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化器件效能和穩(wěn)定性，逐步分析穩(wěn)定性機(jī)制，深入探索提升器件穩(wěn)定性的新方法并實(shí)現(xiàn)突破。”黃維說。

鈣鈦礦材料在環(huán)境穩(wěn)定性方面一直存在局限性，這也極大地限制了其商業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)這一問題，黃維團(tuán)隊(duì)有效地增強(qiáng)了層間電荷傳輸，并且進(jìn)一步穩(wěn)定了層狀鈣鈦礦骨架，制備出效率高達(dá)18.06%的高性能層狀鈣鈦礦太陽能電池，大大改善了鈣鈦礦薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性。同時(shí)，器件在最大功率輸出點(diǎn)持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)太陽光下光照1000小時(shí)，效率衰減不到15%。

去年，由湖北萬度光能、北京大學(xué)、華中科技大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等單位在湖北推動(dòng)成立了“中國(guó)鈣鈦礦光電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，黃維作為首任會(huì)長(zhǎng)，在推進(jìn)鈣鈦礦光電子技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研合作方面做了大量工作。

對(duì)此，黃維表示，鈣鈦礦技術(shù)作為先進(jìn)材料技術(shù)中的前沿，是科技創(chuàng)新浪潮中的典型代表。面對(duì)巨量市場(chǎng)需求，他將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在基礎(chǔ)研究工作方面，抓住推動(dòng)鈣鈦礦光電子器件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵指標(biāo)，努力突破當(dāng)前鈣鈦礦類材料在光電領(lǐng)域應(yīng)用中所面臨的科學(xué)瓶頸。

“這項(xiàng)研究工作就為解決鈣鈦礦太陽能電池在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題提供了有效策略，大力推進(jìn)了鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?！秉S維說。

談及自己及團(tuán)隊(duì)之后的科研計(jì)劃，黃維表示，他們將聚焦有機(jī)電子、印刷電子、生物電子等柔性電子交叉研究方向，以柔性光電材料、器件物理機(jī)制、器件制備工藝和集成化方面存在的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)難點(diǎn)為研究對(duì)象，開展基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究，開發(fā)面向新一代信息顯示、數(shù)據(jù)加密、生物傳感和先進(jìn)能源等領(lǐng)域的應(yīng)用。

在鈣鈦礦太陽能電池方面，團(tuán)隊(duì)將針對(duì)鈣鈦礦材料和器件的穩(wěn)定性以及含鉛帶來的毒性問題，設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦材料和器件，發(fā)展器件封裝技術(shù)，開展環(huán)境友好的無鉛鈣鈦礦材料和器件研究。同時(shí)，面向當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用的需求，他們還將開發(fā)大面積柔性制備工藝。此外，利用鈣鈦礦材料優(yōu)異的電荷傳輸能力和光電轉(zhuǎn)換性能，開拓其在發(fā)光、光伏、光電探測(cè)和信息存儲(chǔ)等柔性電子方面的應(yīng)用。

黃維還表示，對(duì)于柔性電子技術(shù)，他們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池和金屬氧化物薄膜晶體管有望與輕薄的柔性襯底相結(jié)合，可潛在應(yīng)用于手機(jī)、平板顯示等便攜式電子產(chǎn)品，以及可穿戴式設(shè)備等。另外，鈣鈦礦太陽能電池還可以回收室內(nèi)照明光源，進(jìn)一步利用可再生能源。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。