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钙钛矿研究新成果:生产太阳能电池如同印报纸

钙钛矿研究新成果:生产太阳能电池如同印报纸

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今年是钙钛矿太阳能电池诞生的第十年。十年来,钙钛矿太阳能电池的发展令人瞩目。2013年,《科学》杂志将其列为十大科技突破之一,一股钙钛矿研究的浪潮席卷全球。

深圳商报2019年7月11日讯 (记者吴吉)今年是钙钛矿太阳能电池诞生的第十年。十年来,钙钛矿太阳能电池的发展令人瞩目。2013年,《科学》杂志将其列为十大科技突破之一,一股钙钛矿研究的浪潮席卷全球。

近日,能源领域国际顶尖期刊《Advanced Energy Materials》《Solar RRL》连续在线发表三篇论文,作者都是南科大化学系副教授许宗祥课题组,内容则是在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究的最新成果。

钙钛矿不是钙也不是钛

钙钛矿可以制成太阳能电池,还可以制成发光二极管、催化剂,甚至可以制成未来量子计算机的元件,应用十分广泛。

“但其实钙钛矿既不是钙,也不是钛。”许宗祥告诉记者,钙钛矿并不是专指含钙和钛的某种化合物,而是一类具有ABX3结构的晶体材料的总称。

那么与传统的太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池又有何先进性呢?“钙钛矿太阳能电池被看作是第三代太阳能电池。第一代太阳能电池的生产过程能耗较高,且污染较大;第二代太阳能电池的生产能耗虽然有所降低,但因为主要还是要依赖铜、铟等贵金属,成本依然较高,且发展不可持续。钙钛矿太阳能电池的特点是常温即可制备,且原料呈液态,可采用简易打印技术。未来发展到一定阶段,完全可以像打印报纸一样,自己‘打印’一个太阳能电池。这样一来,体积小重量轻,很适合推向市场。”许宗祥告诉记者。

距离市场一步之遥

既然性能如此优异,钙钛矿太阳能电池诞生十年,却为何还没有全面占领市场?“目前制约钙钛矿太阳能电池最大的问题是稳定性不够,部分器件原料价格高昂。”据许宗祥介绍,钙钛矿太阳能电池分五层结构,除了上下两层电极和中间一层钙钛矿外,还有一个电子传输层和一个空穴传输层。目前,许宗祥课题组的研究,就是在空穴传输层“做文章”。

据悉,现有商业化空穴传输材料分子合成周期长、产率低、成本高、需要掺杂导致稳定性低,这些缺点限制了钙钛矿太阳能电池产业化。为了优化钙钛矿太阳能电池的性能,许宗祥课题组近年专注于酞菁基有机半导体分子设计和光电器件应用研究。课题组的系列研究为酞菁基钙钛矿空穴传输材料分子设计提供了新的思路。

“钙钛矿太阳能电池的科研发展到今天,距离推向市场只剩最后一步,未来我们会和多个领域的专家携手,争取早日将研究成果落地。”很多业内人士认为,钙钛矿太阳能电池有望在2020年实现量产,而许宗祥课题组在继续“与时间赛跑”。

背后曾有致命失误

值得一提的是,这三篇论文第一作者均为许宗祥课题组2016级大三本科生胡启锟,这让他再度成为焦点。此前,胡启锟收到了包括剑桥大学、普林斯顿大学在内的世界名校伸出的橄榄枝,邀请他去攻读博士,世界权威期刊的多篇高水平论文正是他的敲门砖。此次三篇论文无疑让胡启锟的“成绩单”再添一笔亮色。

然而,回首自己的科研之路,胡启锟却分享了一件令人啼笑皆非的“糗事”。原来,当胡启锟还是“科研菜鸟”的时候,他曾一不小心将学长精心合成的原料打翻导致报废,这意味着整个课题组一年多的心血付之东流!研究停顿,从头再来,可想而知这对于整个课题组来说都是“至暗时刻”。当时,课题组是如何挺过来的呢?“其实,‘塞翁失马,焉知非福’。”乐观的许宗祥说,以当时整个课题组制备器件的水平,有可能还达不到理想的结果。半年多重新合成材料的过程中,胡启锟苦练内功,制备器件的水平提升很多,结果合适的时机双管齐下,反而如愿以偿。

[责任编辑:田志强]