多功能離子液體作溶劑 鈣鈦礦不再“怕潮濕”

        科技日報 2021-04-01 23:45:03

        3月28日,科技日報記者從南京工業(yè)大學獲悉,中國科學院院士黃維、南京工業(yè)大學先進材料研究院陳永華教授團隊的一項成果,近日在國際頂級期刊《科學》發(fā)表。研究團隊開創(chuàng)性地提出以一種多功能的離子液體作為溶劑,來替代傳統(tǒng)有機溶劑制備鈣鈦礦光伏材料,實現(xiàn)了黑相甲脒鉛碘鈣鈦礦在室溫、高濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性,解決了傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏材料制備過程中的世界性難題。

        相比傳統(tǒng)的單晶硅電池,鈣鈦礦光伏材料因具有輕薄、低廉、環(huán)保、可柔性等優(yōu)勢成為研究熱點。在傳統(tǒng)認識中,鈣鈦礦光伏材料怕水、怕空氣,尤其是以甲脒基鈣鈦礦為代表的鈣鈦礦光伏材料非常“敏感”,需要在惰性氣體的保護下才能制備。同時在現(xiàn)有認知范圍內(nèi),只有不超過5種溶劑能被應(yīng)用到鈣鈦礦材料中,如此多的“痛點”讓其擴大應(yīng)用舉步維艱。

        “為什么不大膽假設(shè)一下鈣鈦礦也可以在高濕度的空氣環(huán)境中制備?”很快,陳永華團隊將研究焦點集中到尋找一種環(huán)境友好、物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、可調(diào)和的溶劑上。2017年,團隊發(fā)現(xiàn)了一種綠色的質(zhì)子型離子液體,因其官能團的特殊性被引入制備過程。

        “離子液體獨特的陰離子和陽離子結(jié)構(gòu)能夠在溶液中形成龐大的氫鍵網(wǎng)絡(luò),同時,有機陰離子與金屬鹵化物形成螯合物來調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液的性質(zhì)。其獨特的化學作用能夠有效調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶動力學過程,從而生長出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。”論文共同第一作者說。

        基于離子液體的特性,研究團隊在2020年構(gòu)建出了高效穩(wěn)定的層狀鈣鈦礦太陽能電池,光電轉(zhuǎn)化效率達到18.06%。

        甲脒基鈣鈦礦由于優(yōu)異的性質(zhì),被認為是最有希望接近理論極限效率的材料,然而其穩(wěn)定性差,極易在高濕度條件下分解。團隊從多功能離子液體溶劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備出發(fā),發(fā)現(xiàn)離子液體甲酸甲胺的羰基可以與碘化鉛中的鉛產(chǎn)生螯合作用,胺基與碘形成氫鍵作用。

        實驗結(jié)果表明,離子液體甲酸甲胺作鈣鈦礦前驅(qū)體溶劑所制備的器件最終實現(xiàn)了高達24.1%的光電轉(zhuǎn)化效率,并且,未封裝的器件在85攝氏度持續(xù)加熱和持續(xù)光照下,分別保持其初始效率的80%和90%達500小時。

        綠色無毒、穩(wěn)定高效、成本低廉,這項成果為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)利用創(chuàng)造了前提條件,陳永華說:“未來5年,我們將致力于實現(xiàn)鈣鈦礦電池面積從0.1平方厘米放大到100平方厘米,真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。”(通訊員朱琳記者金鳳)

        關(guān)鍵詞: 多功能 離子 液體 溶劑

        免責聲明:市場有風險,選擇需謹慎!此文僅供參考,不作買賣依據(jù)。

        最新推薦