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)了光伏領域的重大突破。

目前，全球以“光伏”為代表的可再生能源產業(yè)鏈駛入發(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，在應用范圍上將產生顛覆性變革。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)生相轉變，極大地制約了其量產。

中國科學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、光電轉化率不高、工藝制備復雜且污染性較高等“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品。西北工業(yè)大學供圖

據介紹，要解決制備工藝的問題，首先要尋找到一種環(huán)境友好、物理化學性質穩(wěn)定、可調和的溶劑，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)了功能導向、擇優(yōu)設計、綠色無毒、穩(wěn)定高效的離子液體鈣鈦礦光伏制備技術，為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模生產利用創(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，還可以應用在柔性可穿戴、航天器搭載等重要領域。”晁凌鋒說。