1cm²的电池能有多牛？川大的这篇Nature论文告诉你

2023-03-31 17:29

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

原创大川四川大学

“大到发电站、空间站，小到手机充电、计算器……太阳电池的用途远比你想象中的广泛。”

在材料科学与工程学院的大楼里，赵德威这样为记者解释道。

作为2019年入职川大材料科学与工程学院的教授与博士生导师，赵德威曾入选2019年国家级青年人才、四川省学术和技术带头人、四川省杰出青年科技人才等。这几年来，他与团队一直坚持科研的“四个面向”，瞄准世界科技前沿、面向国家重大需求，致力于研究高性能全钙钛矿叠层太阳能电池光伏材料与器件机理相关的基础科学与关键技术问题。

他的团队和合作者们刚刚在Nature上联合发表了一篇关于全钙钛矿叠层太阳电池的论文。

“做电池就像化妆。”

太阳电池简单来说就是将太阳能或者说光能转换为电能的一种载体，而全钙钛矿叠层（钙钛矿/钙钛矿叠层）太阳电池是以钙钛矿作为光伏材料的一种太阳能电池。

钙钛矿被发现可作为光伏材料是在2009年，属于一种新型光伏材料。具备高效率、低成本、污染较小等优势，是极具潜力的光伏材料之一。“钙钛矿叠层电池”是两个钙钛矿子电池的叠加，能够使电池的效率实现最大化，理论上可达到45%，可实现的效率也有34%左右，远高于单结电池，能更加充分和高效地利用太阳光。

赵德威提到，过去几年，全钙钛矿叠层电池的效率提升速度非常快，但大部分工作主要集中在相对小面积（~0.05 cm2）水平，在大面积电池上仍存在较多亟待攻克的难题。赵德威团队在原有的基础上，开发出了一种新的空穴传输材料，并将之用到叠层电池当中，大幅提升了1 cm⊃2;叠层电池的性能。“我们提出了一个新的方法或者说新的策略，最终达到的效果就是进一步提升太阳电池的转换效率。”

最终完成的器件多达十余层，却仅有2微米厚。赵德威将这个制作过程形象地比喻为化妆。“首先要把粉底打好、打牢了，接下来的一层层工序才能更好地进行。”

得益于其工艺特性，钙钛矿电池也被赋予了丰富的应用场景。通过印刷，钙钛矿电池可以附着于各类其他材料之上。而轻、柔等特点也使其具备进入各类日常生活电器的“灵活身躯”。

赵德威团队制作的全钙钛矿叠层太阳电池

该项实验自2021年开展至今已有一年半左右的时间，期间也遇到了不少困难与阻碍。

赵德威表示学校的经费支持是项目能够持续推动并获得当下成果的重要原因，学生们努力认真的态度与不厌其烦进行实验也为此次的重要进展打下了坚实的基础。其次，他想要感谢材料科学与工程学院及太阳能所（太阳能材料与器件研究所）。太阳能所不仅为他提供了人员上的支撑，也为他提供了研究的场地。在这里他学到了很多经验，还得到了许多精神上的支持。

“要给足学生学术的自由。”

材料科学与工程学院的2020级博士研究生贺锐，2020级硕士研究生易宗锦是论文的共同第一作者。要完成一篇顶级期刊的写作与发表并非易事，这背后离不开导师与团队的培养。

赵德威笑着说并不存在什么培养秘诀，“关键在于要给他们足够的学术自由。”

这是他认为最重要的事，也是他曾经的亲身体悟。