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當(dāng)人類面臨氣候變暖和能源、水資源短缺的挑戰(zhàn)時(shí)，尋找利用太陽光熱的新途徑、提升利用太陽光熱的能力，成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的題中之義。

7月27日，記者從南京航空航天大學(xué)獲悉，中國科學(xué)院院士、南京航空航天大學(xué)教授郭萬林團(tuán)隊(duì)，采用全新的基于氣相的鈣鈦礦處理方法，突破了以往液相法難以均勻制備大面積鈣鈦礦電池器件的局限，顯著提升了鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性，制備出光電轉(zhuǎn)化效率超過18%、超過200平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池。同時(shí)，該電池可以持續(xù)運(yùn)行壽命超過4萬小時(shí)（等效戶外運(yùn)行壽命超25年），刷新世界紀(jì)錄。這為鈣鈦礦太陽能電池走向應(yīng)用提供了新策略。相關(guān)論文近日刊發(fā)于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

論文的共同通訊作者、南京航空航天大學(xué)教授張助華介紹，當(dāng)前，小于0.1平方厘米的小面積金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過26%。然而，鈦礦太陽能電池仍面臨著長期運(yùn)行穩(wěn)定性不足的難題。針對(duì)這一難題，科學(xué)家們研發(fā)出液相處理等方法來鈍化鈣鈦礦材料表面的缺陷，抑制材料運(yùn)行環(huán)境下的老化，從而得到能穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)數(shù)千小時(shí)的鈣鈦礦太陽能電池，但器件的尺寸僅為數(shù)平方厘米，無法滿足商業(yè)化需求。

“基于液相的鈣鈦礦電池處理方法，雖然能顯著提升小面積電池器件的效率和穩(wěn)定性，但在制備大面積鈣鈦礦太陽能電池時(shí)，鈍化劑和鈣鈦礦薄膜反應(yīng)速度不均，導(dǎo)致薄膜鈍化效果不佳?！闭撐牡牡谝蛔髡?、南京航空航天大學(xué)教授趙曉明解釋說。

如何在保持較高的光電轉(zhuǎn)化效率的前提下得到大面積長效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池，便成為重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

此次研究中，郭萬林團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地采用了一種全新的基于氣相的處理方法——?dú)庀喾羝幚矸椒ā?/p>

“氣相氟化處理讓氟化氫在空氣中均勻地分布，與鈣鈦礦薄膜進(jìn)行反應(yīng)，形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵，抑制薄膜缺陷的形成，并錨定薄膜表面附近的陰離子?！惫f林介紹，與傳統(tǒng)的液相處理方法相比，氟蒸汽處理讓鈣鈦礦薄膜更均勻地被鈍化，從而使薄膜大面積均勻地展現(xiàn)出長的光致發(fā)光壽命，同時(shí)顯著減少了誘發(fā)材料降解的缺陷源。

郭萬林表示，該研究為制備滿足商業(yè)化要求的太陽能模組和器件打下了基礎(chǔ)，加快了鈣鈦礦太陽能電池從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。