在不同類型的鈣鈦礦太陽能電池當(dāng)中，反式結(jié)構(gòu)設(shè)計的鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性，使它有潛質(zhì)成為電池壽命可以媲美商用矽晶太陽能電池的競爭對手。然而，鈣鈦礦電池含有化學(xué)性活躍的物質(zhì)，在高溫和高濕度的環(huán)境下容易揮發(fā)和降解，減低了此種新型電池的運作壽命，而且至今仍未有一套有效策略，能夠既獲得優(yōu)異的穩(wěn)定性，而又能顯著提高反式鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達25%，以便與商用的傳統(tǒng)矽晶太陽能電池匹敵。

 

香港城大化學(xué)系助理教授朱宗龍博士受到一種含有金屬及名為二茂鐵（ferrocenes）的物料的獨特性質(zhì)所啟發(fā)，成功研發(fā)出一種新的策略，克服了上述障礙。朱宗龍博士的科研團隊與帝國學(xué)院的Nicholas Long教授合作，巧妙地把二茂鐵添加到鈣鈦礦太陽能電池內(nèi)，作為「光吸收層」和「電子傳輸層」之間的界面，改善了電池的穩(wěn)定性及效率，成功取得重大突破。

朱博士說：「我們是全球第一支科研團隊成功把反式鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高至創(chuàng)紀(jì)錄的25%，並通過了國際電工委員會（IEC）規(guī)定的穩(wěn)定性測試標(biāo)準(zhǔn)。」上述最成科研成果，已於著名科學(xué)期刊《科學(xué)》上發(fā)表，題為“Organometallic-functionalized interfaces for highly efficient inverted perovskite solar cells”.

鈣鈦礦太陽能電池是由多層物料組成的，其中鈣鈦礦是用來收集光，二茂鐵分子則可以加快電子從鈣鈦礦層轉(zhuǎn)移到「電子傳輸層」，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。

朱博士解釋，這些有機官能團還有另一優(yōu)點：「由我們聯(lián)合團隊所設(shè)計的二茂鐵基有機金屬化合物，可以通過強力的化學(xué)鍵，把離子牢牢地固定在鈣鈦礦的表面，從而降低太陽能電池對外部環(huán)境的敏感度，藉此減慢了太陽能電池的降解。」

城大團隊在實驗中，證實了這款新研發(fā)的反式鈣鈦礦太陽能電池，在連續(xù)光照中運行超過1,500小時，仍然能夠保持超過98%的初始效率。這新式太陽能電池還通過了嚴(yán)格的光伏國際標(biāo)準(zhǔn)，在極濕熱的環(huán)境（攝氏85度及85%濕度）下仍表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。

「今次研究最重要的成果是，我們成功研製了既高效、又能維持良好穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池。而有關(guān)成果獲國際標(biāo)準(zhǔn)驗證，意味鈣鈦礦太陽能電池正邁向商品化之路。」朱博士說。

聯(lián)合科研團隊已為這嶄新的太陽能電池技術(shù)申請了專利。「我們希望通過使用這種新穎的分子和簡單方法，能加大鈣鈦礦能電池的生產(chǎn)規(guī)模，為全球邁向零碳排放的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)作出貢獻。」

朱宗龍博士和Nicholas Long教授是有關(guān)研究論文的通訊作者。第一作者是城大化學(xué)系博士生李稹和吳鑫以及博士後研究員李博博士。其他城大科研團隊成員包括城大化學(xué)系博士後研究員張守峰博士和博士生高丹鵬。

上述研究得到了城大、創(chuàng)新及科技基金、香港研究資助局、廣東省自然科學(xué)基金等支持。