西安新聞網(wǎng)訊 3月26日，西北工業(yè)大學黃維院士團隊相關(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。這一研究成果在Science（《科學》）在線發(fā)表。
制備鈣鈦礦光伏材料方面取得突破性進展
此項研究獨創(chuàng)性地提出以一種多功能的“離子液體”作為溶劑來替代傳統(tǒng)的有毒的有機溶劑制備鈣鈦礦光伏材料，用這一方法制備的材料具有穩(wěn)定性高、制備工藝簡單等優(yōu)勢。南京工業(yè)大學碩士研究生惠煒、西北工業(yè)大學博士研究生晁凌鋒及南京工業(yè)大學碩士研究生蘆薈為本文共同第一作者。
“原始創(chuàng)新是從‘0到1’的突破，常常意味著漫長而艱難的探索，但卻可能產(chǎn)生顛覆性的變革，帶來顛覆性的技術(shù)和產(chǎn)品。”黃維院士經(jīng)常這樣對團隊說。通過離子液體制備鈣鈦礦光伏材料這一重大進展，便是這樣從0到1的突破。
開創(chuàng)了太陽能光伏材料的新紀元
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，它相比傳統(tǒng)太陽能電池板中使用的硅晶體，更便宜、更輕薄、可變型，成本更低廉、更環(huán)保，在應用范圍上將產(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家追逐的“熱點”。
但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)。
黃維院士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。
“從一開始，我們就跳出了鈣鈦礦光伏材料制備的傳統(tǒng)思路。”南京工業(yè)大學陳永華教授說。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，可喜的是，這樣以來鈣鈦礦材料穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)化率都大大增加，“可謂是一石三鳥”。
“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。”團隊“大師兄”晁凌鋒形象地解釋。這項研究成果實現(xiàn)了功能導向、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，開創(chuàng)了太陽能光伏材料的新紀元。
打破學界傳統(tǒng)觀念 研究更加成熟
近年來，盡管從事鈣鈦礦電池研究的國際團隊越來越多，黃維院士團隊卻始終處于國際引領(lǐng)位置，創(chuàng)新成果不斷。放眼世界，從發(fā)現(xiàn)離子液體可作為鈣鈦礦添加劑，到揭開離子液體神秘面紗，再到構(gòu)筑離子快速反應通道，只有黃維院士團隊持續(xù)多年深耕這一領(lǐng)域，在巨大的壓力和困難下，團隊開道超車，實現(xiàn)了從0到1的突破。
2019年，團隊成功地在空氣中制備了較為穩(wěn)定的鈣鈦礦薄膜，隨后，他們在高濕度條件下得到了穩(wěn)定的甲脒基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并在國際頂級期刊Chem上發(fā)布研究成果。
時隔一年，團隊便構(gòu)建出高效穩(wěn)定的層狀鈣鈦礦太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率再創(chuàng)新高，不久，他們又在濕度空氣中制備出了全無機鈣鈦礦太陽能電池，打破了學界對“全無機鈣鈦礦在空氣中高濕度下不穩(wěn)定”的傳統(tǒng)觀念。2021年，這一研究成果更加成熟，離大規(guī)模生產(chǎn)應用更進一步。
科研工作者必須胸懷祖國 科學研究必須服務(wù)人民
是什么力量為團隊注入了源源不斷的動能？“科研工作者必須胸懷祖國，科學研究必須服務(wù)人民。”這是每一位進入黃維院士團隊的師生都要上的“第一課”。黃維院士認為，走入科研的“無人區(qū)”，考驗著科研工作者的能力水平，也體現(xiàn)著科學報國的初心與情懷。“我們所做的，正是堅定不移走中國特色自主創(chuàng)新的道路。
2021年初，中國科學院等單位聯(lián)合發(fā)布《2020 研究前沿》報告對于西北工業(yè)大學柔性電子學科建設(shè)的成績予以充分肯定，黃維院士帶領(lǐng)的柔性電子研究團隊正在成為我國柔性電子領(lǐng)域開道超車、產(chǎn)出顛覆性科技創(chuàng)新成果的重要支撐力量。
西安報業(yè)全媒體記者 任娜 通訊員 王翠萍 趙珍
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