香港城市大學(xué)研發(fā)鈣鈦礦太陽能電池新技術(shù)取得重大突破 成果刊于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》
香港城市大學(xué)（城大）學(xué)者在研發(fā)改良鈣鈦礦太陽能電池方面取得重大突破，將為可再生能源發(fā)展帶來重要影響。
城大的創(chuàng)新發(fā)明可促進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化，令我們?cè)缛者_(dá)致由可持續(xù)能源驅(qū)動(dòng)的節(jié)能未來。
城大化學(xué)系朱宗龍教授說：“這項(xiàng)新技術(shù)影響深遠(yuǎn)，其潛在應(yīng)用可徹底革新可再生能源產(chǎn)業(yè)。”上述研究計(jì)劃由朱教授與華中科技大學(xué)李忠安教授合作進(jìn)行。
嶄新解決方案
鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率極高，因此被視為太陽能領(lǐng)域中極具潛質(zhì)的前沿技術(shù)。可是這種新電池有重大的缺點(diǎn)：高溫不穩(wěn)定性，即電池在高溫下的效率可能下降。
城大團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種獨(dú)特的“自組裝單層薄膜”（self-assembled monolayer，SAM）,并將SAM與氧化鎳納米顆粒薄膜結(jié)合, 作為電荷提取涂層。
朱教授說：“我們的技術(shù)可大幅提升鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩(wěn)定性。”他并指出高溫穩(wěn)定性是鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)作商業(yè)化的關(guān)鍵因素。
朱教授說：“加上高熱穩(wěn)定的電荷提取涂層后的鈣鈦礦太陽能電池，即使長(zhǎng)時(shí)間在攝氏65度的高溫下運(yùn)作超過1,000小時(shí)，仍能保持初始效率的90%以上，而且能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.6%。這是一項(xiàng)里程碑式成就。”
上述研究刊登于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science），題為〈為高效能倒置p-i-n鈣鈦礦太陽能電池而設(shè)的穩(wěn)定空穴選擇層〉（Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells）。
改良抗熱保護(hù)罩
團(tuán)隊(duì)進(jìn)行這項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)，是要解決太陽能產(chǎn)業(yè)的特別難題：如何突破鈣鈦礦太陽能電池的高溫不穩(wěn)定性。
朱教授說：“雖然這類太陽能電池具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率，但像一輛在清涼天氣下車速極快的跑車，一旦在熱天下就會(huì)過熱而表現(xiàn)失色。這成為影響其廣泛應(yīng)用的重大障礙。”
城大團(tuán)隊(duì)于是集中研發(fā)作為這類電池重要一部分的SAM，希望進(jìn)一步加強(qiáng)SAM成為對(duì)抗高溫敏感的防護(hù)罩。
朱教授說：“我們發(fā)現(xiàn)高溫會(huì)令SAM內(nèi)的分子化學(xué)鍵斷裂，削弱了電池的表現(xiàn)。因此，我們的方案是通過多種實(shí)驗(yàn)方法及理論計(jì)算，把SAM加在氧化鎳納米顆粒薄膜層的上面，研制成一層抗熱的保護(hù)罩。”
為解決這問題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出創(chuàng)新的方案：將SAM加固在本質(zhì)穩(wěn)定的氧化鎳納米顆粒薄膜層表面上，加強(qiáng)SAM對(duì)底層的連結(jié)力。此外，團(tuán)隊(duì)自行研發(fā)創(chuàng)新的合成SAM分子，令鈣鈦礦太陽能電池更有效率地進(jìn)行電荷抽取。
高溫下取得更佳效率
團(tuán)隊(duì)的主要研究成果大有潛力改革太陽能產(chǎn)業(yè)。通過應(yīng)用香港城大創(chuàng)新研發(fā)的SAM，鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩(wěn)定性得到改善，團(tuán)隊(duì)為鈣鈦礦太陽能電池奠下良好的基礎(chǔ)，令電池在高溫下也能發(fā)揮高效表現(xiàn)。
朱教授說：“這項(xiàng)突破研究具有關(guān)鍵意義，掃除了以往鈣鈦礦太陽能電池未能廣泛應(yīng)用的重大障礙。我們的發(fā)明可大幅擴(kuò)展這類電池的用途，不再受高溫環(huán)境及氣候的限制。”
上述研究成果極為重要。香港城大提升了鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)應(yīng)用，不但為再生能源市場(chǎng)引入嶄新產(chǎn)品，更可能全面改造整個(gè)能源領(lǐng)域，在全球邁向可持續(xù)發(fā)展和高效率能源來源的轉(zhuǎn)變過程發(fā)揮重要作用。
朱教授說：“這項(xiàng)新技術(shù)一旦全面商業(yè)化，將有助減低我們對(duì)化石燃料的依賴，并為應(yīng)對(duì)全球氣候危機(jī)作出重大貢獻(xiàn)。”