深圳商報(bào)2019年7月11日訊 （記者吳吉）今年是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池誕生的第十年。十年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展令人矚目。2013年，《科學(xué)》雜志將其列為十大科技突破之一，一股鈣鈦礦研究的浪潮席卷全球。
近日，能源領(lǐng)域國(guó)際頂尖期刊《Advanced Energy Materials》《Solar RRL》連續(xù)在線發(fā)表三篇論文，作者都是南科大化學(xué)系副教授許宗祥課題組，內(nèi)容則是在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料研究的最新成果。
鈣鈦礦不是鈣也不是鈦
鈣鈦礦可以制成太陽(yáng)能電池，還可以制成發(fā)光二極管、催化劑，甚至可以制成未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的元件，應(yīng)用十分廣泛。
“但其實(shí)鈣鈦礦既不是鈣，也不是鈦?！痹S宗祥告訴記者，鈣鈦礦并不是專(zhuān)指含鈣和鈦的某種化合物，而是一類(lèi)具有ABX3結(jié)構(gòu)的晶體材料的總稱(chēng)。
那么與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池相比，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池又有何先進(jìn)性呢？“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被看作是第三代太陽(yáng)能電池。第一代太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)過(guò)程能耗較高，且污染較大；第二代太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)能耗雖然有所降低，但因?yàn)橹饕€是要依賴(lài)銅、銦等貴金屬，成本依然較高，且發(fā)展不可持續(xù)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)是常溫即可制備，且原料呈液態(tài)，可采用簡(jiǎn)易打印技術(shù)。未來(lái)發(fā)展到一定階段，完全可以像打印報(bào)紙一樣，自己‘打印’一個(gè)太陽(yáng)能電池。這樣一來(lái)，體積小重量輕，很適合推向市場(chǎng)?！痹S宗祥告訴記者。
距離市場(chǎng)一步之遙
既然性能如此優(yōu)異，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池誕生十年，卻為何還沒(méi)有全面占領(lǐng)市場(chǎng)？“目前制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最大的問(wèn)題是穩(wěn)定性不夠，部分器件原料價(jià)格高昂?！睋?jù)許宗祥介紹，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池分五層結(jié)構(gòu)，除了上下兩層電極和中間一層鈣鈦礦外，還有一個(gè)電子傳輸層和一個(gè)空穴傳輸層。目前，許宗祥課題組的研究，就是在空穴傳輸層“做文章”。
據(jù)悉，現(xiàn)有商業(yè)化空穴傳輸材料分子合成周期長(zhǎng)、產(chǎn)率低、成本高、需要摻雜導(dǎo)致穩(wěn)定性低，這些缺點(diǎn)限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化。為了優(yōu)化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能，許宗祥課題組近年專(zhuān)注于酞菁基有機(jī)半導(dǎo)體分子設(shè)計(jì)和光電器件應(yīng)用研究。課題組的系列研究為酞菁基鈣鈦礦空穴傳輸材料分子設(shè)計(jì)提供了新的思路。
“鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的科研發(fā)展到今天，距離推向市場(chǎng)只剩最后一步，未來(lái)我們會(huì)和多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家攜手，爭(zhēng)取早日將研究成果落地?！焙芏鄻I(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望在2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而許宗祥課題組在繼續(xù)“與時(shí)間賽跑”。
背后曾有致命失誤
值得一提的是，這三篇論文第一作者均為許宗祥課題組2016級(jí)大三本科生胡啟錕，這讓他再度成為焦點(diǎn)。此前，胡啟錕收到了包括劍橋大學(xué)、普林斯頓大學(xué)在內(nèi)的世界名校伸出的橄欖枝，邀請(qǐng)他去攻讀博士，世界權(quán)威期刊的多篇高水平論文正是他的敲門(mén)磚。此次三篇論文無(wú)疑讓胡啟錕的“成績(jī)單”再添一筆亮色。
然而，回首自己的科研之路，胡啟錕卻分享了一件令人啼笑皆非的“糗事”。原來(lái)，當(dāng)胡啟錕還是“科研菜鳥(niǎo)”的時(shí)候，他曾一不小心將學(xué)長(zhǎng)精心合成的原料打翻導(dǎo)致報(bào)廢，這意味著整個(gè)課題組一年多的心血付之東流！研究停頓，從頭再來(lái)，可想而知這對(duì)于整個(gè)課題組來(lái)說(shuō)都是“至暗時(shí)刻”。當(dāng)時(shí)，課題組是如何挺過(guò)來(lái)的呢？“其實(shí)，‘塞翁失馬，焉知非?！?。”樂(lè)觀的許宗祥說(shuō)，以當(dāng)時(shí)整個(gè)課題組制備器件的水平，有可能還達(dá)不到理想的結(jié)果。半年多重新合成材料的過(guò)程中，胡啟錕苦練內(nèi)功，制備器件的水平提升很多，結(jié)果合適的時(shí)機(jī)雙管齊下，反而如愿以?xún)敗?/p>