記者從南京大學(xué)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(lǐng)域取得新突破。團隊開(kāi)發(fā)的“氣體淬火輔助的原位涂層技術(shù)”，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(guān)實(shí)驗室成果正在企業(yè)進(jìn)一步轉化、中試。國際學(xué)術(shù)期刊《自然—光子學(xué)》8月22日刊發(fā)了論文。

據論文第一作者、南京大學(xué)2021級直博生李曼亞介紹，鈣鈦礦是新一代光伏技術(shù)的重點(diǎn)研究方向，相比傳統的晶硅材料，具有重量輕、易制備、材質(zhì)柔軟等特點(diǎn)。長(cháng)期以來(lái)，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(lèi)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?xún)?yōu)勢。

與此同時(shí)，以塑料等柔性基板制備的鈣鈦礦薄膜，存在缺陷較多等問(wèn)題，光電轉化效率難以提升，成為阻礙鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的“攔路虎”。

“做新工科的基礎研究，需要從產(chǎn)業(yè)中找問(wèn)題，再回到產(chǎn)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(jìn)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(xué)供圖）

李曼亞研究發(fā)現，為了修復鈣鈦礦薄膜制備過(guò)程中的缺陷，學(xué)術(shù)界開(kāi)發(fā)過(guò)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?wèn)題就在這里，添加劑是用來(lái)修復缺陷的，應當在缺陷出現以后再用?！?/p>

這名天津姑娘用攤煎餅的過(guò)程打了個(gè)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(cháng)，缺陷隨之產(chǎn)生，導致鈣鈦礦薄膜和煎餅一樣出現裂紋甚至孔洞。

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(shí)放添加劑，實(shí)現精準修復缺陷的目的，改善薄膜平整度相關(guān)實(shí)驗2023年在南京大學(xué)仙林校區的實(shí)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(jiǎn)單套用實(shí)驗室工藝?；迤秸?、涂層速度、氣體流量的微小波動(dòng)，都會(huì )干擾薄膜成品質(zhì)量。于是，2023年南京大學(xué)與仁爍光能共建“鈣鈦礦光伏校企聯(lián)合實(shí)驗室”，雙方互派人員、聯(lián)合辦公，每日會(huì )商總結。

譚海仁告訴記者，這兩年，他和李曼亞等團隊師生經(jīng)常往返于南京和蘇州，到企業(yè)車(chē)間測試工藝，發(fā)現問(wèn)題以后，再回高校實(shí)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(shù)轉移到工業(yè)級狹縫涂布設備上，實(shí)現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，下一步團隊將繼續深化“基礎研究突破-中試放大-產(chǎn)業(yè)轉化”的校企協(xié)作模式，嘗試生產(chǎn)面積更大、光電轉化效率更高的柔性鈣鈦礦光伏電池，推動(dòng)該技術(shù)加快成熟，早日邁入市場(chǎng)。（記者陳席元）