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長(zhǎng)期以來(lái)，大面積制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池時(shí)，鈣鈦礦薄膜均勻性、環(huán)保工藝與光伏組件長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，成為其產(chǎn)業(yè)化的三大瓶頸。近日，南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)袂仁爍光能（蘇州）有限公司，攻克了鈣鈦礦薄膜生產(chǎn)中綠色溶劑制備以及薄膜制備均勻性的難題，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率和組件長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性的雙重突破。12月5日，該成果刊發(fā)于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮夥夹g(shù)，以其成本低、效率高、能耗少、可柔性制備等優(yōu)勢(shì)，被視為推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型的重要方向。

論文的共同通訊作者、南京大學(xué)功能材料與智能制造研究院助理教授肖科介紹，要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池綠色制備，需要借助大量的助溶劑二甲基亞砜完全溶解鈣鈦礦前驅(qū)體。然而，大量使用二甲基亞砜，不僅容易抑制鈣鈦礦的成核過(guò)程，還與鈣鈦礦前驅(qū)體形成強(qiáng)配位作用，阻礙了鈣鈦礦的均勻結(jié)晶，最終導(dǎo)致薄膜界面附著力差并引發(fā)基底剝離現(xiàn)象。

針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種由γ-戊內(nèi)酯、二甲基亞砜和2-甲基四氫呋喃組成的混合綠色溶劑體系，并創(chuàng)新制備工藝，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏組件在制造中的環(huán)境友好。

大面積制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，因溶劑揮發(fā)不均，易導(dǎo)致“邊緣效應(yīng)”，即薄膜邊緣處結(jié)晶質(zhì)量差。為突破這一瓶頸，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“溶劑限制邊緣保護(hù)”策略。肖科表示，團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦前驅(qū)體中引入十四烷基三甲基氯化銨添加劑，這如同為鈣鈦礦薄膜邊緣穿上“防護(hù)服”，確保薄膜不同區(qū)域的溶劑揮發(fā)速度基本一致，從而使鈣鈦礦結(jié)晶更加均勻，提高組件量產(chǎn)效率。

基于上述方法，研究團(tuán)隊(duì)制備了0.72平方米的商用鈣鈦礦光伏組件。經(jīng)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證，其穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.2%，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。該組件目前已通過(guò)了德國(guó)萊茵TüV IEC61215/61730、美國(guó)安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心的認(rèn)證和許可。

“此次研究突破了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸，是推動(dòng)其邁向商業(yè)化進(jìn)程的重要一步。”肖科說(shuō)，目前，該技術(shù)已由南京大學(xué)與仁爍光能（蘇州）有限公司共同提交了專利申請(qǐng)，并在150兆瓦中試生產(chǎn)線上穩(wěn)定運(yùn)行。

論文共同通訊作者譚海仁介紹，近一年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的工藝迭代，近期，團(tuán)隊(duì)在量產(chǎn)0.72平方米商用鈣鈦礦光伏組件時(shí)，將該組件的光電轉(zhuǎn)換效率提升至22%，推動(dòng)該組件在發(fā)電性能上趨近當(dāng)前主流晶硅組件。

（受訪者供圖）