保鲜

给阳光“保鲜” 我国层状钙钛矿太阳能电池研究

  从上个世纪开始,科学家就开始研究“阳光罐头”——太阳能电池及其相关技术——以期更好地利用太阳能。但直至今日,各类“保鲜”技术依然还在探索之中。前不久,西北工业大学黄维院士团队在《自然·光子学》发文,报道了高效稳定层状钙钛矿太阳能电池的最新突破性进展。

  26岁的晁凌锋是这一成果的第一作者之一。他告诉记者,要把阳光变成“阳光罐头”,第一步是需要把阳光转换成能够储存的状态——电。晁凌锋解释,太阳能电池的工作原理是一边接收阳光的能量一边将其转换成电能,然后电能会被输送到储存装置中,供后续使用,因此太阳能电池可以看成是一个“光-电转换器”。这种神奇的“转换器”有不少种类,他们研究的,是目前被学术界看好的“层状钙钛矿太阳能电池”。

  黄维院士团队的成员之一,南京工业大学教授陈永华是晁凌锋的导师,他告诉记者,层状钙钛矿电池三维结构看起来有点像“魔方”,此次研究的主要创新点在于,通过增强层状分子间的作用力,增加了电池的稳定性,在光照下持续工作1000个小时,电池的光电转化性能衰减低于15%。

  “从以往的层状钙钛矿电池成果来看,一般持续工作500到800个小时,性能就会衰减15%甚至更多。”晁凌锋解释,相比之下,此次的成果有效增加了这类太阳能电池的稳定性,延长了它的工作时间,处于世界领先水平。

  稳定性有那么重要吗?陈永华说,要做好太阳能电池,许多问题有待突破,“稳定性是其中一个很重要的方面,总不能允许电池很快就罢工了,寿命问题一定要考虑”。他比喻道,以前层状钙钛矿材料太阳能电池的每一层之间的分子是“靠在一起”,这种不太紧密的作用力难以对抗水、热以及紫外光等的侵蚀,使层状钙钛矿电池很容易分解“罢工”;而他们这次想办法让分子紧紧地“抱在了一起”,从而增强了分子间的作用力,继而增加了电池的稳定性。“这项成果让此类太阳能电池距离真正投入使用又迈进了一步。”陈永华说。

  然而,取得这项成果的过程是相当曲折的。“我从研究生一年级就开展了相关研究,直到研究生毕业成果都还没有发表。”现正在西北工业大学读博士一年级的晁凌锋告诉记者:“真是一直在失败,只有一次成功。”

  去年夏天来临之前,是他最崩溃的时候。“我们的研究成果需要送到北京的中国计量院做第三方验证才能发表。明明在实验室里测得都很成功,但到了北京就是测不出来了。”晁凌锋知道,世界上还有很多优秀的课题组在攻关这个稳定性的问题,如果自己的成果不能最先发表,就会失去价值。问题出在了检测设备的连接环节,为了解决这个问题,在3个月的时间里,他往北京跑了多次,两度推翻重建检测连接设计,但一直走不出科学的迷宫,“同时我还在准备6月份的研究生毕业论文答辩”。

  比这一切更让他难以接受的是,夏天就要来了。层状钙钛矿材料本身“怕热”,这意味着,如果不赶在夏天之前做完检测验证,成果的最好性能指标将大打折扣,他们将失去与国际团队竞争的筹码。

  “虽然,我觉得陈永华老师也已经崩溃了,但他一直鼓励我们,半夜12点多还来实验室和我们交流”。最后,在一天夜里,他们走出了“迷宫”,最后通过了第三方验证。

  和夏天赛跑的晁凌锋,终于在这个春天夺得了胜利果实。这一成果的发表不仅是对他意义重大,他说:“我看到了这项研究对世界能源领域的价值,所以才会一直坚持。”登上顶级期刊之后,他还在继续进行相关研究,“我们不仅希望大家认可这项研究,更希望通过这项成果激励更多人投身太阳能领域,这样我们的未来才会更好”。

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