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記者2日從南京工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“南工大”）獲悉，該校科研團(tuán)隊采用“全真空熱蒸發(fā)”技術(shù)，制備出0.066平方厘米的鈣鈦礦光伏器件，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.19%，且該器件在持續(xù)工作超過1000小時后，性能依然保持在95%以上。同時，此方法制備的1平方厘米器件，效率也達(dá)到23.38%，展現(xiàn)出較大的產(chǎn)業(yè)化潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

“目前在國際上，實驗室最常用的光電轉(zhuǎn)化制備方法是溶液法，譬如旋涂、涂布等。”論文第一作者、南工大博士生徐雨田介紹，“溶液制備過程中，通常會使用到N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等有毒溶劑，這對健康和環(huán)境不友好，也限制了大規(guī)模生產(chǎn)。”

論文通訊作者、南工大副教授郭慶勛解釋，此次研究中，團(tuán)隊采用的“全真空熱蒸發(fā)”技術(shù)，像在真空罐里“蒸鍍”薄膜。它將原材料加熱，使其以分子或原子的形式“飛”到基板上，均勻凝結(jié)成膜。這種方法全程無溶劑，工藝控制精準(zhǔn)，膜層均勻致密，被認(rèn)為是將高性能鈣鈦礦光伏器件從實驗室推向生產(chǎn)線的“理想候選人”。

如何在均勻成膜的基礎(chǔ)上，提高光電轉(zhuǎn)換效率，成為團(tuán)隊攻克的又一難題。論文共同通訊作者、南工大教授陳永華說，團(tuán)隊創(chuàng)新性地采用了“反向逐層”沉積策略。

“傳統(tǒng)做法可能是先鋪金屬鹵化物的‘磚塊’，再澆甲脒氫碘酸鹽的‘水泥’；而我們反其道而行之，先沉積‘水泥’，再沉積‘磚塊’。”陳永華說，這一順序結(jié)合一種自組裝分子，可以在后續(xù)退火時，極大促進(jìn)固態(tài)原料之間的相互反應(yīng)和擴(kuò)散，最終“生長”出高質(zhì)量的鈣鈦礦晶體薄膜。

借助這些獨特技術(shù)，團(tuán)隊攻克了鈣鈦礦光伏器件效率瓶頸，將小面積電池效率提升至25.19%，更實現(xiàn)了器件的工作穩(wěn)定性。

論文共同通訊作者、中國科學(xué)院院士黃維表示，“此項成果，不僅刷新了全真空熱蒸發(fā)技術(shù)的世界紀(jì)錄，也為未來進(jìn)一步優(yōu)化工藝、提升器件性能、規(guī)模化制造更大面積高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的鈣鈦礦光伏器件提供了科學(xué)基礎(chǔ)。”