鈣鈦礦太陽能電池器件穩定性獲沖破

黃維團隊與西安紅會醫院開展合作，推動柔性電子在輔助膝關節置換手術中的使用。

近日，中國科學院院士、西北工業大學柔性電子研究院首席科學家黃維團隊等領銜的兩項研究成果登上《自然》子刊。其一是在層狀鈣鈦礦太陽能電池研究范疇取得沖破性進展，論文發表于《自然光子學》；其二是在有機金屬氧化物薄膜晶體管研究范疇取得緊要進展，論文發表于《自然電子學》。

黃維在接受《中國科學報》采訪時表示，鈣鈦礦太陽能電池和金屬氧化物薄膜晶體管的器件效率和性能，目前已在世界范圍內取得突飛猛進的發展，然而器件方面卻始終存在穩定性較差的問題。

基于此，在這兩項研究工作中，我們通過材料調控和器件結構設計，優化器件效能和穩定性，逐步分解穩定性機制，深入探索提升器件穩定性的新辦法并實現沖破。黃維說。

鈣鈦礦材料在環境穩定性方面一直存在局限性，這也極大地限制了其商業化使用。針對這一問題，黃維團隊有效地加強了層間電荷傳輸，并且進一步穩定了層狀鈣鈦礦骨架，制備出效率高達18.06%的高性能層狀鈣鈦礦太陽能電池，大大改善了鈣鈦礦薄膜的環境穩定性。同時，器件在最大功率輸出點繼續標準太陽光下光照1000小時，效率衰減不到15%。

去年，由湖北萬度光能、北京大學、華中科技大學和西北工業大學等單位在湖北推動成立了中國鈣鈦礦光電子產業聯盟，黃維作為首任會長，在推進鈣鈦礦光電子技術范疇產學研合作方面做了大量工作。

對此，黃維表示，鈣鈦礦技術作為先進材料技術中的前沿，是科技創新浪潮中的典型代表。面對巨量市場需求，他將率領團隊在基礎研究工作方面，抓住推動鈣鈦礦光電子器件實現產業化的關鍵指標，努力沖破當前鈣鈦礦類材料在光電范疇使用中所面臨的科學瓶頸。

這項研究工作就為處理鈣鈦礦太陽能電池在產業化過程中面臨的關鍵技術問題提供了有效策略，大力推進了鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展。黃維說。

談及自己及團隊之后的科研計劃，黃維表示，他們將聚焦有機電子、印刷電子、生物電子等柔性電子交織研究方向，以柔性光電材料、器件物理機制、器件制備工藝和集成化方面存在的關鍵科學問題和技術難點為研究對象，開展基礎理論與使用技術研究，開發面向新一代信息顯示、數據加密、生物傳感和先進能源等范疇的使用。

在鈣鈦礦太陽能電池方面，團隊將針對鈣鈦礦材料和器件的穩定性以及含鉛帶來的毒性問題，設計高效穩定的鈣鈦礦材料和器件，發展器件封裝技術，開展環境友好的無鉛鈣鈦礦材料和器件研究。同時，面向當前市場使用的需求，他們還將開發大面積柔性制備工藝。此外，利用鈣鈦礦材料優異的電荷傳輸能力和光電轉換性能，開拓其在發光、光伏、光電檢測和信息存儲等柔性電子方面的使用。

黃維還表示，對于柔性電子技術，他們設計開發的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池和金屬氧化物薄膜晶體管有望與輕薄的柔性襯底相結合，可潛在使用于手機、平板顯示等便攜式電子產品，以及可穿戴式設備等。另外，鈣鈦礦太陽能電池還可以回收室內照明光源，進一步利用可再生能源。（■本報記者崔雪芹）

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