校企協(xié)作實(shí)現(xiàn)我國(guó)柔性鈣鈦礦光伏電池新突破

記者從南京大學(xué)獲悉，該校譚海仁教授牽頭的研究團(tuán)隊(duì)在柔性鈣鈦礦疊層光伏電池領(lǐng)域取得新突破。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“氣體淬火輔助的原位涂層技術(shù)”，大幅縮小柔性鈣鈦礦光伏電池與剛性鈣鈦礦光伏電池在光電轉(zhuǎn)化效率上的差距。相關(guān)實(shí)驗(yàn)室成果正在企業(yè)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化、中試。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然—光子學(xué)》8月22日刊發(fā)了論文。

??據(jù)論文第一作者、南京大學(xué)2021級(jí)直博生李曼亞介紹，鈣鈦礦是新一代光伏技術(shù)的重點(diǎn)研究方向，相比傳統(tǒng)的晶硅材料，具有重量輕、易制備、材質(zhì)柔軟等特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，用于制備鈣鈦礦薄膜的基板以玻璃等剛性材料為主，盡管此類剛性鈣鈦礦光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率已接近成熟的晶硅光伏電池，但并未充分發(fā)揮鈣鈦礦的柔性優(yōu)勢(shì)。

??與此同時(shí)，以塑料等柔性基板制備的鈣鈦礦薄膜，存在缺陷較多等問題，光電轉(zhuǎn)化效率難以提升，成為阻礙鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的“攔路虎”。

??“做新工科的基礎(chǔ)研究，需要從產(chǎn)業(yè)中找問題，再回到產(chǎn)業(yè)去解題?！弊T海仁2021年創(chuàng)辦仁爍光能(蘇州)有限公司，將團(tuán)隊(duì)積累多年的鈣鈦礦研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同年李曼亞加入譚海仁團(tuán)隊(duì)，接手柔性鈣鈦礦課題。

研究人員演示大面積柔性鈣鈦礦光伏電池的可彎曲程度。(南京大學(xué)供圖)

??李曼亞研究發(fā)現(xiàn)，為了修復(fù)鈣鈦礦薄膜制備過程中的缺陷，學(xué)術(shù)界開發(fā)過多種添加劑，但通常做法是將添加劑提前混入鈣鈦礦溶液中。“問題就在這里，添加劑是用來修復(fù)缺陷的，應(yīng)當(dāng)在缺陷出現(xiàn)以后再用?！?/p>

??這名天津姑娘用攤煎餅的過程打了個(gè)形象的比方——鈣鈦礦溶液就像面糊，攤到“鏊子”上以后，溶液在高溫作用下蒸發(fā)，鈣鈦礦結(jié)晶，晶體不斷生長(zhǎng)，缺陷隨之產(chǎn)生，導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜和煎餅一樣出現(xiàn)裂紋甚至孔洞。

??李曼亞嘗試先放鈣鈦礦溶液，在氣體淬火條件下，趁鈣鈦礦薄膜表面仍濕潤(rùn)時(shí)放添加劑，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)修復(fù)缺陷的目的，改善薄膜平整度相關(guān)實(shí)驗(yàn)2023年在南京大學(xué)仙林校區(qū)的實(shí)驗(yàn)室順利完成。

??然而，要制造出面積更大的柔性鈣鈦礦光伏電池，還不能簡(jiǎn)單套用實(shí)驗(yàn)室工藝。基板平整度、涂層速度、氣體流量的微小波動(dòng)，都會(huì)干擾薄膜成品質(zhì)量。于是，2023年南京大學(xué)與仁爍光能共建“鈣鈦礦光伏校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，雙方互派人員、聯(lián)合辦公，每日會(huì)商總結(jié)。

??譚海仁告訴記者，這兩年，他和李曼亞等團(tuán)隊(duì)師生經(jīng)常往返于南京和蘇州，到企業(yè)車間測(cè)試工藝，發(fā)現(xiàn)問題以后，再回高校實(shí)驗(yàn)室，探索解決方案。

??今年，校企聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功將原位涂層技術(shù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)級(jí)狹縫涂布設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦薄膜在800多平方厘米的柔性基板上一次成型。

??譚海仁表示，下一步團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化“基礎(chǔ)研究突破-中試放大-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化”的校企協(xié)作模式，嘗試生產(chǎn)面積更大、光電轉(zhuǎn)化效率更高的柔性鈣鈦礦光伏電池，推動(dòng)該技術(shù)加快成熟，早日邁入市場(chǎng)。(記者陳席元)