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當人類面臨氣候(hou)變暖(nuan)和能(neng)源、水資源短缺的(de)(de)挑戰時(shi)，尋找利(li)用(yong)太(tai)陽光(guang)熱(re)的(de)(de)新(xin)途徑、提升利(li)用(yong)太(tai)陽光(guang)熱(re)的(de)(de)能(neng)力，成為人類社會可(ke)持續發展的(de)(de)題(ti)中之義。

7月27日，記者(zhe)從南(nan)京航空航天大(da)(da)學獲悉，中國(guo)科學院(yuan)院(yuan)士(shi)、南(nan)京航空航天大(da)(da)學教授郭萬林團隊，采用(yong)全新的基于氣相(xiang)的鈣(gai)鈦礦(kuang)處理(li)方法，突破了(le)以(yi)往液相(xiang)法難以(yi)均勻制備大(da)(da)面積(ji)鈣(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)(chi)器件的局限，顯(xian)著提升(sheng)了(le)鈣(gai)鈦礦(kuang)電池(chi)(chi)的效(xiao)率和穩定性，制備出光電轉化效(xiao)率超(chao)過18%、超(chao)過200平方厘米的鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能(neng)電池(chi)(chi)。同時，該電池(chi)(chi)可以(yi)持續運(yun)行(xing)壽命超(chao)過4萬小(xiao)時（等效(xiao)戶外運(yun)行(xing)壽命超(chao)25年），刷新世界紀錄(lu)。這為(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能(neng)電池(chi)(chi)走向(xiang)應用(yong)提供了(le)新策略。相(xiang)關論文近日刊發于國(guo)際學術(shu)期刊《科學》。

論文的(de)共同通訊作者(zhe)、南京航空航天大(da)學(xue)教授張助華(hua)介(jie)紹，當前(qian)，小(xiao)于0.1平(ping)(ping)方厘米的(de)小(xiao)面積金屬(shu)鹵化物鈣鈦(tai)(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)的(de)光電(dian)轉換效率已經超過(guo)26%。然而(er)，鈦(tai)(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)仍面臨著長(chang)期運行穩定(ding)性不足的(de)難題。針對這一難題，科學(xue)家們研發出液相處理等方法來鈍化鈣鈦(tai)(tai)礦材(cai)料表面的(de)缺陷，抑制材(cai)料運行環境(jing)下的(de)老化，從(cong)而(er)得到能(neng)穩定(ding)運行達數千小(xiao)時(shi)的(de)鈣鈦(tai)(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)，但器件(jian)的(de)尺寸僅為數平(ping)(ping)方厘米，無法滿足商業化需求。

“基于液相的(de)鈣鈦礦電(dian)(dian)池(chi)處理(li)方法，雖然能顯著提升(sheng)小面(mian)積電(dian)(dian)池(chi)器件的(de)效率和穩定(ding)性，但在制備大(da)面(mian)積鈣鈦礦太陽能電(dian)(dian)池(chi)時，鈍(dun)化劑和鈣鈦礦薄(bo)膜反應速度(du)不(bu)均，導致(zhi)薄(bo)膜鈍(dun)化效果不(bu)佳。”論文的(de)第一作者、南京航空航天大(da)學教授(shou)趙曉明解釋(shi)說。

如何(he)在保持較高的(de)光電轉化效(xiao)率的(de)前提下得到大(da)面積(ji)長效(xiao)穩定的(de)鈣(gai)鈦礦太(tai)陽(yang)能電池，便成為重大(da)技術(shu)挑戰。

此次(ci)研究(jiu)中，郭萬林團隊開創性地采用了一種(zhong)全新的基于(yu)氣相的處理(li)方(fang)法(fa)——氣相氟(fu)蒸汽處理(li)方(fang)法(fa)。

“氣(qi)相氟化處(chu)理讓(rang)氟化氫在空氣(qi)中均(jun)(jun)(jun)勻(yun)地分布(bu)，與(yu)鈣鈦(tai)礦(kuang)薄膜(mo)進行反(fan)應，形成穩固的(de)(de)化學鍵，抑制薄膜(mo)缺陷的(de)(de)形成，并錨定薄膜(mo)表面附近的(de)(de)陰(yin)離子。”郭萬林介紹，與(yu)傳統的(de)(de)液相處(chu)理方法相比，氟蒸(zheng)汽(qi)處(chu)理讓(rang)鈣鈦(tai)礦(kuang)薄膜(mo)更均(jun)(jun)(jun)勻(yun)地被鈍(dun)化，從而使薄膜(mo)大面積均(jun)(jun)(jun)勻(yun)地展現出長(chang)的(de)(de)光致發光壽(shou)命(ming)，同時顯著減(jian)少了(le)誘(you)發材料降解的(de)(de)缺陷源。

郭(guo)萬林表示，該研究(jiu)為制備(bei)滿足商業化要(yao)求的(de)太陽(yang)能模組和(he)器件打下了基礎(chu)，加(jia)快了鈣鈦礦太陽(yang)能電池從基礎(chu)研究(jiu)到商業化應用的(de)進程。