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〔南京日報〕南工大先進材料研究院柔性電子重點實驗室：7年數千次實驗，讓新材料效能國際領先
時間：2022-09-02
來源：南京日報
作者：李花
攝影： 編輯：吉星雨
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科研人員在實驗室做實驗。 南京日報/紫金山新聞記者 李花 攝
□ 南京日報/紫金山新聞記者 李花
“這個比例的溶液好像更好一些，穩定性數據更優一些……”南京工業大學先進材料研究院柔性電子重點實驗室里，胡浙魯副教授正帶著學生們進行實驗比對，他們談論熱烈、神情專注。連續7年，他們都在進行太陽能新材料“鈣鈦礦”的研究，數千次實驗，已經讓“鈣鈦礦太陽能電池”的光電轉換效率達到國際領先水平。現在，他們依舊在爭分奪秒進行實驗，就是希望可助力“鈣鈦礦”產業化，讓我國以太陽能為代表的新能源發展提速。
他們研究啥——鈣鈦礦可否替代晶硅？實驗來探索
放棄假期也要去做實驗研究的究竟是啥？答案是鈣鈦礦。南京工業大學先進材料研究院教授陳永華告訴記者，這是一種太陽能發電的新型材料。目前太陽能發電用的材料是晶硅，但成本高工藝復雜，科學家們在探索時發現，鈣鈦礦可能是個不錯的替代品。
“新能源的探索，我們必須夜以繼日。”陳永華說，當前，以太陽能為代表的新能源迅速發展，但總體比例還處在可以忽略不計的階段。而我國傳統煤炭為主的能源結構對環境造成負擔，且化石能源終將枯竭，發展以太陽能為主的綠色新能源、實現能源結構優化迫在眉睫。將太陽能轉換成電能，需要一個轉化物質，目前，雖然科學家們認可了鈣鈦礦光伏材料，也覺得是個方向，但如何將之適應市場，以什么樣的標準來替代晶硅，全世界相關科學家都在研究和探索。南京工業大學先進材料研究院黃維院士、陳永華教授團隊也決定加盟這個探索，攻克難題，2015年，團隊開啟實驗。
怎么去研究——廢寢忘食“養小孩”，希望它們都“成材”
然而，從粉末變成性價比超高的“發電中介”，并沒那么容易。在手套箱（水氧含量接近真空）里，鈣鈦礦很“能干”，將太陽能轉化電能的能力竟然和晶硅差不多。“這個實驗結果著實讓我們提升信心。”研究人員晁凌鋒告訴記者，他們更加確定了研究方向。
可是，他們很快就發現了問題：很難在空氣中制備獲得高質量的鈣鈦礦薄膜，而且其極易老化降解，穩定性非常差。鈣鈦礦光伏區別傳統光伏最大的特色之一即可溶液加工性。實驗過程中，科研人員意外發現，離子液體溶劑可以讓鈣鈦礦實現在空氣中制備。那么，什么離子液體溶劑最好？什么樣的成分構成比才最有效？團隊開發了一系列新穎的離子液體溶劑，比如醋酸甲胺MAAc、醋酸丁胺BAAc、甲酸甲胺MAFa等，有了這些離子液體溶劑的加盟，團隊提出了在空氣中制備鈣鈦礦薄膜并獲得高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池的新方法，打破了傳統使用的高毒性、強配位的質子型DMF、DMSO、NMP等溶劑的限制。
“大部分實驗都是失敗的。每次制備鈣鈦礦薄膜就像‘養孩子’。從給他調配‘營養’開始，到給他最好的光度和溫度，希望他茁壯成長，然后不停讓他考試，希望成為棟梁之材。”晁凌鋒說，如果實驗失敗，沒有達到想要的結果，心里是很難過的，“就像你寄予厚望、精心栽培的種子選手沒有取得好成績時的那種心情。吃飯吃不香。”
研究有啥成果——效能達國際領先水平，為新能源發展提速
夜以繼日忙研究，有沒有新成果？陳永華告訴記者，他們團隊有30多人專門研究鈣鈦礦，效率從1%到24%，7年來，數千次實驗，已經讓太陽能電池新能源的鈣鈦礦光電轉化效率達到國際領先水平。
科研團隊實現了室溫下、高濕度空氣中甲脒基鈣鈦礦的制備，獲得了高效且穩定的鈣鈦礦光伏電池，達到了國際該領域的先進水平。他們的成果發表于國際頂尖期刊《科學》雜志，入選2021年度“中國高等學校十大科技進展”和2021年度“中國半導體十大研究進展”。
根據國家發改委能源研究所的預測，到2050年，光伏將成為中國的第一大電源。陳永華說，他們需要更努力積極探索，為未來產業化、大面積制備鈣鈦礦太陽能電池奠定基礎，助力新能源發展提速。
2022年9月2日《南京日報》：http://njrb.njdaily.cn/html/2022-09/02/content_52_56819.htm?div=2
