校企協(xié)作實現(xiàn)我國柔性鈣鈦礦光伏電池新突破

記者從南京大學獲悉，該校譚海仁教授牽頭的研究團隊在柔性鈣鈦礦疊層光伏電池領域取得新突破。團隊開發(fā)的“氣體淬火輔助的原位涂層技術”，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化效率上的差距。相關實驗室成果正在企業(yè)進一步轉化、中試。國際學術期刊《自然—光子學》8月22日刊發(fā)了論文。

??據論文第一作者、南京大學2021級直博生李曼亞介紹，鈣鈦礦是新一代光伏技術的重點研究方向，相比傳統(tǒng)的晶硅材料，具有重量輕、易制備、材質柔軟等特點。長期以來，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。

??與此同時，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，光電轉化效率難以提升，成為阻礙鈣鈦礦產業(yè)化的“攔路虎”。

??“做新工科的基礎研究，需要從產業(yè)中找問題，再回到產業(yè)去解題?！弊T海仁2021年創(chuàng)辦仁爍光能(蘇州)有限公司，將團隊積累多年的鈣鈦礦研究成果進行轉化，同年李曼亞加入譚海仁團隊，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。(南京大學供圖)

??李曼亞研究發(fā)現(xiàn)，為了修復鈣鈦礦薄膜制備過程中的缺陷，學術界開發(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?！皢栴}就在這里，添加劑是用來修復缺陷的，應當在缺陷出現(xiàn)以后再用。”

??這名天津姑娘用攤煎餅的過程打了個形象的比方——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)，鈣鈦礦結晶，晶體不斷生長，缺陷隨之產生，導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時放添加劑，實現(xiàn)精準修復缺陷的目的，改善薄膜平整度相關實驗2023年在南京大學仙林校區(qū)的實驗室順利完成。

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

??譚海仁告訴記者，這兩年，他和李曼亞等團隊師生經常往返于南京和蘇州，到企業(yè)車間測試工藝，發(fā)現(xiàn)問題以后，再回高校實驗室，探索解決方案。

??今年，校企聯(lián)合團隊成功將原位涂層技術轉移到工業(yè)級狹縫涂布設備上，實現(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，下一步團隊將繼續(xù)深化“基礎研究突破-中試放大-產業(yè)轉化”的校企協(xié)作模式，嘗試生產面積更大、光電轉化效率更高的柔性鈣鈦礦光伏電池，推動該技術加快成熟，早日邁入市場。(記者陳席元)