近日，中國科學院院士、西北工業(yè)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領域取得突破性進展，論文發(fā)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領域取得重要進展，論文發(fā)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(nèi)取得突飛猛進的發(fā)展，然而器件方面卻始終存在穩(wěn)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(diào)控和器件結(jié)構(gòu)設計，優(yōu)化器件效能和穩(wěn)定性，逐步分析穩(wěn)定性機制，深入探索提升器件穩(wěn)定性的新方法并實現(xiàn)突破。”黃維說。
鈣鈦礦材料在環(huán)境穩(wěn)定性方面一直存在局限性，這也極大地限制了其商業(yè)化應用。針對這一問題，黃維團隊有效地增強了層間電荷傳輸，并且進一步穩(wěn)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(huán)境穩(wěn)定性。同時，器件在最大功率輸出點持續(xù)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(yè)大學等單位在湖北推動成立了“中國鈣鈦礦光電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，黃維作為首任會長，在推進鈣鈦礦光電子技術(shù)領域產(chǎn)學研合作方面做了大量工作。
對此，黃維表示，鈣鈦礦技術(shù)作為先進材料技術(shù)中的前沿，是科技創(chuàng)新浪潮中的典型代表。面對巨量市場需求，他將帶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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵指標，努力突破當前鈣鈦礦類材料在光電領域應用中所面臨的科學瓶頸。
“這項研究工作就為解決鈣鈦礦太陽能電池在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題提供了有效策略，大力推進了鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)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叉研究方向，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(guān)鍵科學問題和技術(shù)難點為研究對象，開展基礎理論與應用技術(shù)研究，開發(fā)面向新一代信息顯示、數(shù)據(jù)加密、生物傳感和先進能源等領域的應用。
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(wěn)定性以及含鉛帶來的毒性問題，設計高效穩(wěn)定的鈣鈦礦材料和器件，發(fā)展器件封裝技術(shù)，開展環(huán)境友好的無鉛鈣鈦礦材料和器件研究。同時，面向當前市場應用的需求，他們還將開發(fā)大面積柔性制備工藝。此外，利用鈣鈦礦材料優(yōu)異的電荷傳輸能力和光電轉(zhuǎn)換性能，開拓其在發(fā)光、光伏、光電探測和信息存儲等柔性電子方面的應用。
黃維還表示，對于柔性電子技術(shù)，他們設計開發(fā)的高效穩(wěn)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(jié)合，可潛在應用于手機、平板顯示等便攜式電子產(chǎn)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(nèi)照明光源，進一步利用可再生能源。(記者 崔雪芹)
關(guān)鍵詞： 鈣鈦礦太陽能電池
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