離子液體及其制備的鈣鈦礦太陽能電池

從西北工業(yè)大學(xué)獲悉，科研團隊研究出以一種多功能的離子液體作為溶劑，來替代傳統(tǒng)的有毒有機溶劑制備鈣鈦礦光伏材料，該方法制備的材料具有穩(wěn)定性高、制備工藝簡單等優(yōu)勢。相關(guān)研究成果解決了傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏材料制備過程中的世界性難題，實現(xiàn)了光伏領(lǐng)域的重大突破。

目前，全球以“光伏”為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)鏈駛?cè)氚l(fā)展快車道。其中，鈣鈦礦光伏“功不可沒”，相比傳統(tǒng)太陽能電池板中使用的硅晶體，它不僅更便宜、更輕薄、可變型，同時成本也更低廉、更環(huán)保，在應(yīng)用范圍上將產(chǎn)生顛覆性變革。因此，鈣鈦礦光伏材料的研究已成為各國科學(xué)家追逐的“熱點”。

科研人員在實驗室制備鈣鈦礦光伏材料。西北工業(yè)大學(xué)供圖

鈣鈦礦光伏材料的研究卻始終存在許多“痛點”。例如，以甲脒基鈣鈦礦為代表的鈣鈦礦光伏材料非常“敏感”，在空氣中極易發(fā)生相轉(zhuǎn)變，極大地制約了其量產(chǎn)。

中國科學(xué)院院士黃維團隊致力于鈣鈦礦光伏材料研究，通過原始創(chuàng)新，解決材料不穩(wěn)定、光電轉(zhuǎn)化率不高、工藝制備復(fù)雜且污染性較高等“卡脖子”難題。在多年的探索中，團隊將研究的焦點集中在鈣鈦礦光伏材料的制備工藝上。

團隊研發(fā)的可折疊柔性電子產(chǎn)品。西北工業(yè)大學(xué)供圖

據(jù)介紹，要解決制備工藝的問題，首先要尋找到一種環(huán)境友好、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、可調(diào)和的溶劑，離子液體溶劑便符合這些條件。將離子液體溶劑引入制備過程后，鈣鈦礦光伏材料的制備過程變得非常簡單，且整個過程完全可以在室溫、空氣中和高濕度的環(huán)境下進行，通過這一工藝制備的鈣鈦礦材料穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)化率都大大增加。

“離子液體就像是草原上的‘牧羊犬’，在‘羊群’，也就是鈣鈦礦的分子成分中起到了發(fā)號施令、排兵布陣的作用，它穩(wěn)定隊形后便無聲退出了。這個新隊形就是我們想要得到的鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。”西北工業(yè)大學(xué)博士研究生晁凌鋒形象地解釋道。

這項研究成果實現(xiàn)了功能導(dǎo)向、擇優(yōu)設(shè)計、綠色無毒、穩(wěn)定高效的離子液體鈣鈦礦光伏制備技術(shù)，為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)利用創(chuàng)造了前提條件。

“未來，沙漠腹地、樓宇外墻、手機等都不再需要傳統(tǒng)電池，只需要一塊更低廉、更清潔，薄如紙張的鈣鈦礦太陽能電池就能夠滿足所需。同時，還可以應(yīng)用在柔性可穿戴、航天器搭載等重要領(lǐng)域。”晁凌鋒說。