25.7%，這是鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率在短短十幾年內(nèi)突破的新峰值，已經(jīng)超過目前廣泛使用的硅基光伏發(fā)電效率。但是，鈣鈦礦太陽電池的市場應(yīng)用卻沒有后者廣泛，產(chǎn)能還不到其千分之一。

“鈣鈦礦太陽電池的水氣穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性是投資人關(guān)注的重要指標(biāo)。”開勢資本合伙人唐沛在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示，“現(xiàn)階段，我們希望投資一些有高技術(shù)門檻、能解決行業(yè)發(fā)展痛點、市場相對比較廣闊的高科技項目。”

鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性也是科研界攻克的難點。日前，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所研究員胡林華課題組聯(lián)合國內(nèi)外研究團隊，成功實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽電池的自修復(fù)，增強了濕度穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表于《能源化學(xué)》。

提升濕度穩(wěn)定性

隨著人們環(huán)保意識的提高，以及各國對碳排放的承諾，新能源材料成為當(dāng)下的研究熱點，鈣鈦礦就是其中之一。由于鈣鈦礦具有獨特的光電特性，且制備成本遠低于硅基太陽電池，其商業(yè)化前景十分可觀。

然而，由于對輻射、濕度等相對敏感，鈣鈦礦材料暴露在大氣條件下容易降解，嚴(yán)重影響其使用的穩(wěn)定性。胡林華告訴《中國科學(xué)報》：“開發(fā)高性能、高穩(wěn)定和具有自修復(fù)功能的鈣鈦礦太陽電池器件尤為重要，并且極具挑戰(zhàn)性。”

安徽合肥雨季時間長，制備的電池放在室內(nèi)做濕度穩(wěn)定性測試時容易分解，這就要求研制的鈣鈦礦太陽電池既能擁有高濕度穩(wěn)定性，又能實現(xiàn)分解后重結(jié)晶。為此，胡林華帶領(lǐng)團隊將聚乙烯吡咯烷酮引入鈣鈦礦吸光材料，使其濕度穩(wěn)定性得到明顯提升。

為什么要引入聚乙烯吡咯烷酮?胡林華解釋道，這是一種長鏈絕緣聚合物，具有高密度的極性羰基，將其引入太陽電池中可以包裹碘鉛甲胺，形成疏水“屏障”，阻止水分子的入侵。同時，聚乙烯吡咯烷酮還能抑制甲胺的分解和揮發(fā)，從而提高電池“自愈”能力。

此外，聚乙烯吡咯烷酮能夠與碘甲胺形成中間絡(luò)合物，抑制鈣鈦礦晶體的成核速度。“聚乙烯吡咯烷酮的引入，實現(xiàn)了電池多次自修復(fù)，不僅顯著提升了電池的工作壽命，還使得鈣鈦礦薄膜缺陷減少、晶粒增大，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。”胡林華說。

破除復(fù)雜環(huán)境下的障礙

在研究過程中，胡林華團隊也遇到了一些難題，比如他們在調(diào)研材料時發(fā)現(xiàn)，雖然聚乙烯吡咯烷酮分子結(jié)構(gòu)可以與鈣鈦礦材料的前驅(qū)體相互作用，它的羰基官能團還可對鈣鈦礦結(jié)晶產(chǎn)生調(diào)控作用，但難點在于從微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其作用機理。

后來，團隊在查閱資料時了解到，國外有團隊在鈣鈦礦理論的探究與作用機制的模擬方面做了很多有指導(dǎo)意義的工作，也許可以解決上述問題。于是，胡林華邀請相關(guān)研究團隊加入，并進行了多次探討及實驗驗證，最終發(fā)現(xiàn)兩者之間形成的氫鍵起到了重大作用。

“實際工況穩(wěn)定性是決定鈣鈦礦光伏技術(shù)能否走向應(yīng)用的關(guān)鍵因素，而光伏組件的實際使用環(huán)境更加復(fù)雜。”胡林華指出，“我們研究了高濕度條件下鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性問題，一定程度上推動了實驗室鈣鈦礦太陽電池在復(fù)雜環(huán)境條件下電池穩(wěn)定性方面的研究。”

另外，這項研究也為封裝后應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境的研究方向提供了指導(dǎo)意義。胡林華團隊未來還會進行封裝后的環(huán)境模擬實驗，進一步研究相應(yīng)的“自愈”效果。

這幾年，鈣鈦礦的研究比較熱門，每年都有不少研究論文在國際知名期刊發(fā)表。但胡林華團隊卻沒有選擇外刊，而是響應(yīng)國家大力提升國內(nèi)刊物影響力的倡導(dǎo)，選擇了國內(nèi)期刊。他說：“這篇論文的發(fā)表非常順利，期刊編輯對我們的工作比較感興趣，審稿人也提出了許多專業(yè)且具有指導(dǎo)意義的問題。”

投資人的觀望

除了這篇文章提到的鈣鈦礦太陽電池可實現(xiàn)一定濕度條件下自修復(fù)外，光照和溫度等條件下的穩(wěn)定性也非常重要，胡林華團隊還將繼續(xù)開展相關(guān)研究。

作為投資人，唐沛對鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的理解是，能不能在實際的戶外工作條件下達到足夠長的發(fā)電時間。他指出：“目前鈣鈦礦太陽電池的各個技術(shù)路線都有潛力，此領(lǐng)域有出現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新的可能，但電池的實際穩(wěn)定性還需要進一步示范驗證。”

唐沛表示，市場上也有不少鈣鈦礦太陽電池的投資機會，但真正出手的投資人并不多。關(guān)注此領(lǐng)域的投資人應(yīng)該對此類顛覆性創(chuàng)新項目的投資周期有一定認識，并且對此領(lǐng)域快速的技術(shù)進步足夠敏感。

胡林華團隊現(xiàn)階段主要的技術(shù)攻關(guān)集中于高效穩(wěn)定性、大面積制備和無毒化器件等。談及鈣鈦礦太陽電池未來的應(yīng)用，他表示，這幾年的研究已取得一些成果，還需要進一步開展重點攻關(guān)，這也是產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路。

“只有以上問題都逐一解決，產(chǎn)業(yè)化才能實現(xiàn)。”胡林華期待團隊的實驗現(xiàn)象及原理發(fā)現(xiàn)能為鈣鈦礦太陽電池產(chǎn)業(yè)化提供指導(dǎo)。(沈春蕾)