北京時間11月9日凌晨，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柯維俊、方國家教授的最新研究成果。該團隊提出天冬氨酸鹽一體化摻雜策略，同時提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權(quán)威認證效率27.34%），是目前兩端全鈣鈦礦疊層電池的世界最高效率之一。

“這項研究聚焦的鈣鈦礦太陽能電池，是最具潛力的下一代太陽能電池之一。”柯維俊介紹，太陽能資源是一種非常豐富的可再生能源，而太陽能電池可以直接將光轉(zhuǎn)化為電。舉例來說，最常見的就是路邊的太陽能發(fā)電路燈，它們屬于硅太陽能電池。雖然常見，但這類電池存在發(fā)電成本不夠低的問題。柯維俊所研究的新材料鈣鈦礦，可以幫助解決這一問題。

據(jù)介紹，單節(jié)的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)與傳統(tǒng)硅基電池相當，實驗室最高效率已經(jīng)超過26%，但是想要進一步提升其效率將越來越困難。而疊層狀態(tài)下的鈣鈦礦電池，則可以突破單結(jié)的極限，理論效率可達44%，性能還有非常大的提升空間。

“‘疊層’意味著它將帶來更高的效率。”柯維俊介紹，他和團隊歷時三年多，致力于尋找各種可能提高轉(zhuǎn)化效率的方法。實驗過程中，團隊成員發(fā)現(xiàn)了一種特殊的添加劑“天冬氨酸鹽”，并開發(fā)了一種特殊的摻雜策略，將其巧妙地與鈣鈦礦結(jié)合，可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權(quán)威認證效率27.34%）。

此外，抑制窄帶隙鈣鈦礦中不穩(wěn)定性的二價錫金屬離子的自發(fā)氧化是行業(yè)內(nèi)的巨大痛點之一。團隊發(fā)現(xiàn)，本項研究在解決上述痛點的同時，還具有減少有害雜質(zhì)、鈍化材料缺陷等優(yōu)勢，可加強器件的性能和穩(wěn)定性，有望大幅降低太陽能電池的度電成本。這種簡易的一體化摻雜策略實現(xiàn)了一舉多能，為窄帶隙鈣鈦礦及全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能提升提供了一個極有前景的方法，也有望促進其他光電領(lǐng)域的發(fā)展。

“我們在實驗室里做的產(chǎn)品還只是2x2厘米的小電池，未來產(chǎn)業(yè)化還要面臨更多科學(xué)問題。”十多年前來到武漢大學(xué)攻讀博士時，柯維俊師從方國家教授，開始新型光電器件領(lǐng)域的研究。在他眼中，包括鈣鈦礦疊層太陽能電池在內(nèi)的新型電池領(lǐng)域仍是“一片藍海”，產(chǎn)業(yè)化是未來的必然方向，“怎么把這個電池做得更大更穩(wěn)定，效率還可以怎樣提升，如何讓實驗室產(chǎn)品真正走向商業(yè)化，圍繞這些問題，我們未來還會繼續(xù)攻關(guān)。”

（湖北日報記者田佩雯、通訊員吳江龍、武柳青）