浙江大學(xué)硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊德仁院士團(tuán)隊(duì)研究員薛晶晶與西湖大學(xué)工學(xué)院研究員王睿合作，成功研發(fā)出一種名為“Py3”的新型分子材料，可有效提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率。相關(guān)成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
隨著全球?qū)G色能源需求的增長(zhǎng)，太陽(yáng)能光伏技術(shù)正迅速發(fā)展，其中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高效率和低成本而備受關(guān)注，被認(rèn)為是“最有前景的下一代光伏技術(shù)”。
科研人員表示，如果將鈣鈦礦電池比作一個(gè)三明治，中間一層是發(fā)電的核心——鈣鈦礦材料，用來(lái)吸光。夾著鈣鈦礦材料的上下兩層“生菜”分別是空穴傳輸層和電子傳輸層，負(fù)責(zé)將光生空穴和電子有效地傳輸?shù)诫姌O，也就是三明治的“面包層”。與硅太陽(yáng)能電池材料相比，鈣鈦礦電池不僅原材料來(lái)源豐富、吸光能力強(qiáng)、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、低成本，還更輕薄、高效。
“鈣鈦礦電池薄膜一般厚度在幾百納米左右，可實(shí)現(xiàn)和硅電池片差不多的吸光能力，這讓其在許多輕量化的場(chǎng)景中都能得到應(yīng)用。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人薛晶晶介紹，“鈣鈦礦電池可以用作室內(nèi)光伏發(fā)電、建筑光伏一體化，在消費(fèi)電子領(lǐng)域也有很多的應(yīng)用場(chǎng)景。”
然而，穩(wěn)定性問(wèn)題一直是制約鈣鈦礦電池技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸。“傳統(tǒng)的應(yīng)用于空穴傳輸層的材料，并不能同時(shí)具備高效的電學(xué)傳輸性能與穩(wěn)定性，容易在光照和高溫下失效。Py3新型分子材料能夠在不犧牲甚至提升電池器件效率的前提下，顯著提升電池的穩(wěn)定性。”薛晶晶說(shuō)。
研究結(jié)果表明，目前在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的鈣鈦礦電池的使用壽命大約在幾百小時(shí)左右，但運(yùn)用Py3制成的鈣鈦礦電池在老化測(cè)試中的運(yùn)行壽命均超過(guò)10000小時(shí)。此外，Py3的制備成本也比現(xiàn)在常用的材料有顯著下降，經(jīng)粗略估算，和傳統(tǒng)材料相比降低了30倍左右。（記者陸健 通訊員錢穎可）