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西安新聞網(wǎng)訊 3月26日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成果解決了傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏材料制備過(guò)程中的世界性難題，實(shí)現(xiàn)了光伏領(lǐng)域的重大突破。這一研究成果在Science（《科學(xué)》）在線發(fā)表。
制備鈣鈦礦光伏材料方面取得突破性進(jìn)展
此項(xiàng)研究獨(dú)創(chuàng)性地提出以一種多功能的“離子液體”作為溶劑來(lái)替代傳統(tǒng)的有毒的有機(jī)溶劑制備鈣鈦礦光伏材料，用這一方法制備的材料具有穩(wěn)定性高、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生惠煒、西北工業(yè)大學(xué)博士研究生晁凌鋒及南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生蘆薈為本文共同第一作者。
“原始創(chuàng)新是從‘0到1’的突破，常常意味著漫長(zhǎng)而艱難的探索，但卻可能產(chǎn)生顛覆性的變革，帶來(lái)顛覆性的技術(shù)和產(chǎn)品。”黃維院士經(jīng)常這樣對(duì)團(tuán)隊(duì)說(shuō)。通過(guò)離子液體制備鈣鈦礦光伏材料這一重大進(jìn)展，便是這樣從0到1的突破。
開創(chuàng)了太陽(yáng)能光伏材料的新紀(jì)元
目前，全球以“光伏”為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)鏈駛?cè)氚l(fā)展快車道。其中，鈣鈦礦光伏功不可沒(méi)，它相比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板中使用的硅晶體，更便宜、更輕薄、可變型，成本更低廉、更環(huán)保，在應(yīng)用范圍上將產(chǎn)生顛覆性變革。因此，鈣鈦礦光伏材料的研究已成為各國(guó)科學(xué)家追逐的“熱點(diǎn)”。
但鈣鈦礦光伏材料的研究卻始終存在許多“痛點(diǎn)”。例如，以甲脒基鈣鈦礦為代表的鈣鈦礦光伏材料非常“敏感”，在空氣中極易發(fā)生相轉(zhuǎn)變，極大地制約了其量產(chǎn)。
黃維院士團(tuán)隊(duì)致力于鈣鈦礦光伏材料研究，通過(guò)原始創(chuàng)新解決材料不穩(wěn)定、光電轉(zhuǎn)化率不高、工藝制備復(fù)雜且污染性較高等卡脖子難題。在多年的探索中，團(tuán)隊(duì)將研究的焦點(diǎn)集中在鈣鈦礦光伏材料的制備工藝上。
“從一開始，我們就跳出了鈣鈦礦光伏材料制備的傳統(tǒng)思路。”南京工業(yè)大學(xué)陳永華教授說(shuō)。將離子液體溶劑引入制備過(guò)程后，鈣鈦礦光伏材料的制備過(guò)程變得非常簡(jiǎn)單，且整個(gè)過(guò)程完全可以在室溫、空氣中和高濕度的環(huán)境下進(jìn)行，可喜的是，這樣以來(lái)鈣鈦礦材料穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)化率都大大增加，“可謂是一石三鳥”。
“離子液體就像是草原上的‘牧羊犬’，在‘羊群’也就是鈣鈦礦的分子成分中起到了發(fā)號(hào)施令、排兵布陣的作用，它穩(wěn)定隊(duì)形后便無(wú)聲退出了。這個(gè)新隊(duì)形就是我們想要得到的鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。”團(tuán)隊(duì)“大師兄”晁凌鋒形象地解釋。這項(xiàng)研究成果實(shí)現(xiàn)了功能導(dǎo)向、擇優(yōu)設(shè)計(jì)、綠色無(wú)毒、穩(wěn)定高效的離子液體鈣鈦礦光伏制備技術(shù)。為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)利用創(chuàng)造了前提條件，開創(chuàng)了太陽(yáng)能光伏材料的新紀(jì)元。
打破學(xué)界傳統(tǒng)觀念 研究更加成熟
近年來(lái)，盡管從事鈣鈦礦電池研究的國(guó)際團(tuán)隊(duì)越來(lái)越多，黃維院士團(tuán)隊(duì)卻始終處于國(guó)際引領(lǐng)位置，創(chuàng)新成果不斷。放眼世界，從發(fā)現(xiàn)離子液體可作為鈣鈦礦添加劑，到揭開離子液體神秘面紗，再到構(gòu)筑離子快速反應(yīng)通道，只有黃維院士團(tuán)隊(duì)持續(xù)多年深耕這一領(lǐng)域，在巨大的壓力和困難下，團(tuán)隊(duì)開道超車，實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破。
2019年，團(tuán)隊(duì)成功地在空氣中制備了較為穩(wěn)定的鈣鈦礦薄膜，隨后，他們?cè)诟邼穸葪l件下得到了穩(wěn)定的甲脒基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并在國(guó)際頂級(jí)期刊Chem上發(fā)布研究成果。
時(shí)隔一年，團(tuán)隊(duì)便構(gòu)建出高效穩(wěn)定的層狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率再創(chuàng)新高，不久，他們又在濕度空氣中制備出了全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，打破了學(xué)界對(duì)“全無(wú)機(jī)鈣鈦礦在空氣中高濕度下不穩(wěn)定”的傳統(tǒng)觀念。2021年，這一研究成果更加成熟，離大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用更進(jìn)一步。
科研工作者必須胸懷祖國(guó) 科學(xué)研究必須服務(wù)人民
是什么力量為團(tuán)隊(duì)注入了源源不斷的動(dòng)能？“科研工作者必須胸懷祖國(guó)，科學(xué)研究必須服務(wù)人民。”這是每一位進(jìn)入黃維院士團(tuán)隊(duì)的師生都要上的“第一課”。黃維院士認(rèn)為，走入科研的“無(wú)人區(qū)”，考驗(yàn)著科研工作者的能力水平，也體現(xiàn)著科學(xué)報(bào)國(guó)的初心與情懷。“我們所做的，正是堅(jiān)定不移走中國(guó)特色自主創(chuàng)新的道路。
2021年初，中國(guó)科學(xué)院等單位聯(lián)合發(fā)布《2020 研究前沿》報(bào)告對(duì)于西北工業(yè)大學(xué)柔性電子學(xué)科建設(shè)的成績(jī)予以充分肯定，黃維院士帶領(lǐng)的柔性電子研究團(tuán)隊(duì)正在成為我國(guó)柔性電子領(lǐng)域開道超車、產(chǎn)出顛覆性科技創(chuàng)新成果的重要支撐力量。
西安報(bào)業(yè)全媒體記者 任娜 通訊員 王翠萍 趙珍
http://news.xiancn.com/content/2021-03/26/content_3693169.htm
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