世界性難題破題！多功能“離子液體”溶劑製備鈣鈦礦光伏材料問世

3月26日，國際頂尖學術期刊《科學》線上發表了中國科學院院士、西北工業大學黃維教授科研團隊的最新研究成果——《室溫、高溼度穩定的鈣鈦礦太陽能電池》，其獨創性地提出以一種多功能的“離子液體”作為溶劑來替代傳統的有毒的有機溶劑製備鈣鈦礦光伏材料，實現了功能導向、擇優設計、綠色無毒、穩定高效的離子液體鈣鈦礦光伏製備成套技術，且製備的材料穩定性高、製備工藝簡單，解決了傳統鈣鈦礦光伏材料製備過程中的世界性難題，開創了太陽能光伏材料的新紀元。

離子液體及其製備的鈣鈦礦太陽能電池

團隊研發的可摺疊柔性電子產品

能源低碳發展關乎人類未來。鈣鈦礦光伏材料的研究已經成為全球科學家追逐的“熱點”，它相比傳統太陽能電池板中使用的矽晶體，不僅更便宜、更輕薄、可變型，同時成本也更低廉、更環保，在應用範圍上將產生顛覆性變革。但這種材料的研究卻始終存在許多“痛點”。如以甲脒基鈣鈦礦為代表的鈣鈦礦光伏材料非常“敏感”，在空氣中極易發生相轉變，極大地制約了其量產等。

經過離子液體制備的FAPbI3材料，其內部結構變得整齊有規律（右），大大提高了材料的穩定性和光電轉化效率。

西工大黃維院士團隊長期致力於鈣鈦礦光伏材料研究，將研究的焦點集中在鈣鈦礦光伏材料的製備工藝上，透過原始創新解決材料不穩定、光電轉化率不高、工藝製備複雜且汙染性較高等卡脖子難題。

科研人員在實驗室製備鈣鈦礦光伏材料

尋找“一種環境友好、物理化學性質穩定、可調和的溶劑”是其科技創新的突破口。“從一開始，我們就跳出了鈣鈦礦光伏材料製備的傳統思路。”團隊骨幹成員、南京工業大學陳永華教授對科技日報記者說：“將離子液體溶劑引入製備過程後，鈣鈦礦光伏材料的製備過程變得非常簡單，且整個過程完全可以在室溫、空氣中和高溼度的環境下進行，更令人驚喜的是，透過這一工藝製備的鈣鈦礦材料穩定性和光電轉化率都大大增加”。

“離子液體就像是草原上的‘牧羊犬’，在‘羊群’也就是鈣鈦礦的分子成分中起到了發號施令、排兵佈陣的作用，它穩定隊形後便無聲退出了。這個新隊形就是我們想要得到的鈣鈦礦電池的穩定性。”團隊“大師兄”晁凌鋒把科學原理解釋得惟妙惟肖。

“未來，沙漠腹地、樓宇外牆、手機等都不再需要傳統電池，只需要一塊更低廉、更清潔，薄如紙張的鈣鈦礦太陽能電池就能夠滿足所需。此項科技成果還可以應用在柔性可穿戴、航天器搭載等重要領域。”黃維院士認為，走入科研的“無人區”，考驗著科研工作者的能力水平，也體現著科學報國的初心與情懷。“我們所做的，正是堅定不移走中國特色自主創新的道路。一要超前謀劃，獨闢蹊徑，開闢一個領域；二要牽住‘牛鼻子’，對偶然現象多加思考，攻克薄弱環節；三要‘非對稱’趕超，在卡脖子的地方下大功夫。”

（本文所有圖片提供者：劉新科 ）