南京航空航天大學(xué)的國(guó)際前沿科學(xué)研究院傳來(lái)振奮人心的科研消息。郭萬(wàn)林教授與趙曉明教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得了重大突破。繼去年成功開發(fā)氣相氟化技術(shù)后，團(tuán)隊(duì)再次在《Science》期刊上發(fā)表研究成果，揭示了一種名為“氣相輔助表面重構(gòu)”的新技術(shù)。

這項(xiàng)新技術(shù)不僅綠色環(huán)保，而且經(jīng)濟(jì)高效，為產(chǎn)業(yè)級(jí)鈣鈦礦模組在戶外環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行提供了解決方案。團(tuán)隊(duì)通過這種方法，首次在30厘米×30厘米的鈣鈦礦模組上實(shí)現(xiàn)了與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當(dāng)?shù)膽敉膺\(yùn)行穩(wěn)定性。

郭萬(wàn)林教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于太陽(yáng)能電池的研究，他們提出了一種全新的水伏效應(yīng)，通過功能材料與水的相互作用，直接將水中的能量轉(zhuǎn)換為電能。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了鈣鈦礦電池向商業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出氣相后處理法，使得制備大面積、高質(zhì)量的鈣鈦礦電池模組成為可能。

單晶硅太陽(yáng)能電池作為目前主流的太陽(yáng)能產(chǎn)品，其制備過程復(fù)雜且需要高溫。相比之下，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備溫度較低，但長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性一直是其商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙。盡管小面積的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)很高，但產(chǎn)業(yè)級(jí)大面積模組的壽命卻遠(yuǎn)低于商用晶硅太陽(yáng)能電池。

為了解決這一問題，郭萬(wàn)林教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的“氣相輔助表面重構(gòu)”技術(shù)，無(wú)需專用設(shè)備，僅通過氣相沉積多齒配體，即可實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦表面結(jié)構(gòu)的原位重構(gòu)。這種方法有效隔離了缺陷富集的表面單元，抑制了離子的不可逆遷移，從而顯著提升了鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。

經(jīng)過氣相輔助表面重構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，不僅光電轉(zhuǎn)換效率更高，而且穩(wěn)定性更強(qiáng)。單元電池和太陽(yáng)能模組的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了25.3%和19.6%。在光/暗循環(huán)加速老化測(cè)試中，模組的預(yù)計(jì)T80壽命達(dá)到了2478次循環(huán)，相當(dāng)于在25℃環(huán)境下循環(huán)運(yùn)行超過6.7年，這是目前報(bào)道中最具穩(wěn)定性的鈣鈦礦模組。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證鈣鈦礦模組的戶外穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)在高溫高濕的夏季進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。結(jié)果顯示，產(chǎn)業(yè)級(jí)鈣鈦礦模組展示出與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。由于鈣鈦礦電池具有較低的溫度系數(shù)，其在高溫條件下的功率保持率甚至優(yōu)于晶硅太陽(yáng)能電池，這進(jìn)一步證明了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)際應(yīng)用的可能性。

為了深入探究穩(wěn)定性提升的機(jī)制，團(tuán)隊(duì)在光/暗循環(huán)條件下分析了鈣鈦礦薄膜表面形貌的演變和元素分布情況。他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氣相輔助表面重構(gòu)的薄膜展現(xiàn)出更強(qiáng)的可逆恢復(fù)行為，這證實(shí)了氣相輔助表面重構(gòu)有效阻斷了碘離子向電子傳輸層的不可逆遷移路徑，從而維持了界面結(jié)構(gòu)的均勻性與致密性，顯著提升了材料的穩(wěn)定性。

這一突破性成果標(biāo)志著鈣鈦礦光伏技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新向產(chǎn)業(yè)化落地邁出了重要一步。團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)深化研究，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為可再生能源領(lǐng)域貢獻(xiàn)更多力量。