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給陽光“保鮮” 我國層狀鈣鈦礦太陽能電池研究獲突破
來源:中國青年報 時間:2020/2/25 18:51:08 用手機瀏覽

如果想把食物保存得更久,我們往往會把它做成罐頭,其實陽光也可以。

從上個世紀開始,科學家就開始研究“陽光罐頭”——太陽能電池及其相關技術——以期更好地利用太陽能。但直至今日,各類“保鮮”技術依然還在探索之中。前不久,西北工業大學黃維院士團隊在《自然·光子學》發文,報道了高效穩定層狀鈣鈦礦太陽能電池的最新突破性進展。

26歲的晁凌鋒是這一成果的第一作者之一。他告訴記者,要把陽光變成“陽光罐頭”,第一步是需要把陽光轉換成能夠儲存的狀態——電。晁凌鋒解釋,太陽能電池的工作原理是一邊接收陽光的能量一邊將其轉換成電能,然后電能會被輸送到儲存裝置中,供后續使用,因此太陽能電池可以看成是一個“光-電轉換器”。這種神奇的“轉換器”有不少種類,他們研究的,是目前被學術界看好的“層狀鈣鈦礦太陽能電池”。

黃維院士團隊的成員之一,南京工業大學教授陳永華是晁凌鋒的導師,他告訴記者,層狀鈣鈦礦電池三維結構看起來有點像“魔方”,此次研究的主要創新點在于,通過增強層狀分子間的作用力,增加了電池的穩定性,在光照下持續工作1000個小時,電池的光電轉化性能衰減低于15%。

“從以往的層狀鈣鈦礦電池成果來看,一般持續工作500到800個小時,性能就會衰減15%甚至更多!标肆桎h解釋,相比之下,此次的成果有效增加了這類太陽能電池的穩定性,延長了它的工作時間,處于世界領先水平。

穩定性有那么重要嗎?陳永華說,要做好太陽能電池,許多問題有待突破,“穩定性是其中一個很重要的方面,總不能允許電池很快就罷工了,壽命問題一定要考慮”。他比喻道,以前層狀鈣鈦礦材料太陽能電池的每一層之間的分子是“靠在一起”,這種不太緊密的作用力難以對抗水、熱以及紫外光等的侵蝕,使層狀鈣鈦礦電池很容易分解“罷工”;而他們這次想辦法讓分子緊緊地“抱在了一起”,從而增強了分子間的作用力,繼而增加了電池的穩定性!斑@項成果讓此類太陽能電池距離真正投入使用又邁進了一步!标愑廊A說。

然而,取得這項成果的過程是相當曲折的!拔覐难芯可荒昙壘烷_展了相關研究,直到研究生畢業成果都還沒有發表!爆F正在西北工業大學讀博士一年級的晁凌鋒告訴記者:“真是一直在失敗,只有一次成功。”

去年夏天來臨之前,是他最崩潰的時候。“我們的研究成果需要送到北京的中國計量院做第三方驗證才能發表。明明在實驗室里測得都很成功,但到了北京就是測不出來了!标肆桎h知道,世界上還有很多優秀的課題組在攻關這個穩定性的問題,如果自己的成果不能最先發表,就會失去價值。問題出在了檢測設備的連接環節,為了解決這個問題,在3個月的時間里,他往北京跑了多次,兩度推翻重建檢測連接設計,但一直走不出科學的迷宮,“同時我還在準備6月份的研究生畢業論文答辯”。

比這一切更讓他難以接受的是,夏天就要來了。層狀鈣鈦礦材料本身“怕熱”,這意味著,如果不趕在夏天之前做完檢測驗證,成果的最好性能指標將大打折扣,他們將失去與國際團隊競爭的籌碼。

“雖然,我覺得陳永華老師也已經崩潰了,但他一直鼓勵我們,半夜12點多還來實驗室和我們交流”。最后,在一天夜里,他們走出了“迷宮”,最后通過了第三方驗證。

和夏天賽跑的晁凌鋒,終于在這個春天奪得了勝利果實。這一成果的發表不僅是對他意義重大,他說:“我看到了這項研究對世界能源領域的價值,所以才會一直堅持。”登上頂級期刊之后,他還在繼續進行相關研究,“我們不僅希望大家認可這項研究,更希望通過這項成果激勵更多人投身太陽能領域,這樣我們的未來才會更好”。


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