日前，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室韓禮元教授團(tuán)隊(duì)，使用更加經(jīng)濟(jì)安全的新方法制備出比蟬翼還薄數(shù)十倍的大面積鈣鈦礦薄膜，向?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本太陽(yáng)能發(fā)電的目標(biāo)邁出了重要的一步。

 

該成果已在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然(Nature)》雜志上在線發(fā)表。上海交大材料科學(xué)與工程學(xué)院楊旭東研究員和韓禮元教授為共同通訊作者，陳漢博士、葉飛博士、唐文濤為共同第一作者。上海交通大學(xué)、日本材料物質(zhì)研究所、蘇州黎元新能源科技公司、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院為合作研究單位。

 

據(jù)了解，鈣鈦礦材料2009年首次應(yīng)用于光伏技術(shù)，其光電能量轉(zhuǎn)換效率已快速增長(zhǎng)到22.1%，超過(guò)多晶硅太陽(yáng)能電池的效率水平，而發(fā)電成本卻低于硅電池。但是這種新型太陽(yáng)能電池“不好做”，要達(dá)到電池實(shí)用化需求，關(guān)鍵部位鈣鈦礦材料薄膜必須面積要足夠大、質(zhì)量足夠好，才能保證電池光電能量轉(zhuǎn)換效率足夠高，而現(xiàn)階段超過(guò)20%認(rèn)證效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面積只能達(dá)到“米粒”大小。

 

韓禮元團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年在大面積高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備的基礎(chǔ)上，開發(fā)了有效面積902.5px2的鈣鈦礦電池模塊，在國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)首次獲得了12.1%的認(rèn)證效率，建立了第一個(gè)大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀(jì)錄。這一成果的出現(xiàn)意味著未來(lái)鈣鈦礦光伏技術(shù)有了走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。

 

韓禮元團(tuán)隊(duì)采用一次成形壓力輔助制備方法效果優(yōu)于以往旋轉(zhuǎn)涂布溶液法

 

鈣鈦礦薄膜要求均勻致密、結(jié)晶性好，電池中的鈣鈦礦薄膜的厚度比蟬翼還要薄幾十倍，因此制備難度很大。傳統(tǒng)“真空蒸鍍”和“有機(jī)溶劑”兩種制備方法各有缺陷，韓禮元團(tuán)隊(duì)在由碘、鉛、甲銨三種主要成分組成的鈣鈦礦材料里，采用“甲銨”制服“甲銨”的方法，引進(jìn)甲銨氣體，讓氣體中的甲銨分子和鈣鈦礦材料中的甲銨離子進(jìn)行反應(yīng)，將生成物混合后就可以得到鈣鈦礦材料的液體。韓禮元介紹說(shuō)，這種液體可以快速釋放出甲銨氣體變成鈣鈦礦固體，而釋放出的甲銨氣體可以再次被用于與碘化甲銨固體粉末和碘化鉛固體粉末進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用。同時(shí)，研究人員創(chuàng)新薄膜制備方法，改變傳統(tǒng)“攤煎餅”方式，采用是一次成形的壓力輔助制備方法，通過(guò)控制壓力把液體材料涂布在平板基底上，就得到了均勻分布的液體薄膜。