香港城市大學(xué)(城大)科學(xué)團隊在光伏能源領(lǐng)域最近取得新突破，成功研發(fā)適用于戶外環(huán)境的高效耐用鈣鈦礦太陽能電池，有望助力太陽能發(fā)電廣泛普及，并推進全球各地達至碳中和目標。

由城大李兆基講座教授(材料科學(xué))任廣禹教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，利用分子工程技術(shù)開發(fā)出分子尺度的自組裝單分子層原位交聯(lián)策略，使自組裝單分子層結(jié)構(gòu)更加堅固耐用。團隊以此技術(shù)制備的倒裝式鈣鈦礦太陽能電池，能提升其穩(wěn)定性及效率至同類電池的最高水平。相關(guān)研究成果已刊于《自然》期刊。

此前，在倒裝式鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)中，往往因空穴選擇性自組裝單分子層的不穩(wěn)定性而影響電池實際應(yīng)用。城大團隊今次以新技術(shù)制備的倒裝式鈣鈦礦太陽能電池，除了能在高溫85°C下保持穩(wěn)定，符合業(yè)界國際水平外，更能在-40°C到85°C下循環(huán)運作700次，并保持逾98%的初始光電轉(zhuǎn)換效率，為世界領(lǐng)先水平。

任教授表示，配以新技術(shù)的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率由原本的25.8%提升至26.92%，在高溫85oC下連續(xù)運行1000小時仍不衰減。

他指︰「一般的單分子層組裝在電極上，只要在加熱或照光情景下，松散的單分子層就會搖晃，導(dǎo)致鈣鈦礦分解。由城大團隊新研發(fā)的『可交聯(lián)共自組裝單分子層』通過引入客體可交聯(lián)分子填充空隙，經(jīng)簡單熱激活即可實現(xiàn)原位交聯(lián)增韌?！?

任教授補充，一直以來鈣鈦礦太陽能電池的效率跟穩(wěn)定性猶如魚與熊掌，不可兼得。研究團隊成員姜文林博士說：「我們仔細研究鈣鈦礦太陽能電池中每一層所用的材料，再結(jié)合團隊成員的特長，包括有機化學(xué)、無機化學(xué)、光學(xué)、器件物理等，最終得以解決這個困擾科學(xué)家多時的技術(shù)問題。」

這種新技術(shù)同時能應(yīng)用于地少人多、高樓密集的香港，包括柔軟、可半透明的鈣鈦礦太陽能電池，以制成光伏玻璃窗或幕墻;以及在日光燈下也可發(fā)電的電池，以研發(fā)自行供電的感應(yīng)器，助力日漸普及的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

去年，任教授的新一代可印刷式高效鈣鈦礦光伏模組獲得創(chuàng)新科技署的「產(chǎn)學(xué)研+1計劃」首輪撥款，并計劃搭建年產(chǎn)量20兆瓦的中試線，現(xiàn)時選址已達最后階段。投資者包括香港中華煤氣和亞比斯科技集團(ABES)。其中，中華煤氣在中國內(nèi)地跟香港有超過200個場址需要使用太陽能電池以支援清潔能源的生產(chǎn)。任教授指，是次的新發(fā)明假如得以大面積運用，對上述計劃，以至整個可印刷的鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)均為重要突破。