钙钛矿太阳能电池器件稳定性获突破

黄维团队与西安红会医院开展合作，推动柔性电子在辅助膝关节置换手术中的应用。

近日，中国科学院院士、西北工业大学柔性电子研究院首席科学家黄维团队等领衔的两项研究成果登上《自然》子刊。其一是在层状钙钛矿太阳能电池研究领域取得突破性进展，论文发表于《自然—光子学》;其二是在有机—金属氧化物薄膜晶体管研究领域取得重要进展，论文发表于《自然—电子学》。

黄维在接受《中国科学报》采访时表示，钙钛矿太阳能电池和金属氧化物薄膜晶体管的器件效率和性能，目前已在世界范围内取得突飞猛进的发展，然而器件方面却始终存在稳定性较差的问题。

“基于此，在这两项研究工作中，我们通过材料调控和器件结构设计，优化器件效能和稳定性，逐步分析稳定性机制，深入探索提升器件稳定性的新方法并实现突破。”黄维说。

钙钛矿材料在环境稳定性方面一直存在局限性，这也极大地限制了其商业化应用。针对这一问题，黄维团队有效地增强了层间电荷传输，并且进一步稳定了层状钙钛矿骨架，制备出效率高达18.06%的高性能层状钙钛矿太阳能电池，大大改善了钙钛矿薄膜的环境稳定性。同时，器件在最大功率输出点持续标准太阳光下光照1000小时，效率衰减不到15%。

去年，由湖北万度光能、北京大学、华中科技大学和西北工业大学等单位在湖北推动成立了“中国钙钛矿光电子产业联盟”，黄维作为首任会长，在推进钙钛矿光电子技术领域产学研合作方面做了大量工作。

对此，黄维表示，钙钛矿技术作为先进材料技术中的前沿，是科技创新浪潮中的典型代表。面对巨量市场需求，他将带领团队在基础研究工作方面，抓住推动钙钛矿光电子器件实现产业化的关键指标，努力突破当前钙钛矿类材料在光电领域应用中所面临的科学瓶颈。

“这项研究工作就为解决钙钛矿太阳能电池在产业化过程中面临的关键技术问题提供了有效策略，大力推进了钙钛矿太阳能电池的产业化发展。”黄维说。

谈及自己及团队之后的科研计划，黄维表示，他们将聚焦有机电子、印刷电子、生物电子等柔性电子交叉研究方向，以柔性光电材料、器件物理机制、器件制备工艺和集成化方面存在的关键科学问题和技术难点为研究对象，开展基础理论与应用技术研究，开发面向新一代信息显示、数据加密、生物传感和先进能源等领域的应用。

在钙钛矿太阳能电池方面，团队将针对钙钛矿材料和器件的稳定性以及含铅带来的毒性问题，设计高效稳定的钙钛矿材料和器件，发展器件封装技术，开展环境友好的无铅钙钛矿材料和器件研究。同时，面向当前市场应用的需求，他们还将开发大面积柔性制备工艺。此外，利用钙钛矿材料优异的电荷传输能力和光电转换性能，开拓其在发光、光伏、光电探测和信息存储等柔性电子方面的应用。

黄维还表示，对于柔性电子技术，他们设计开发的高效稳定钙钛矿太阳能电池和金属氧化物薄膜晶体管有望与轻薄的柔性衬底相结合，可潜在应用于手机、平板显示等便携式电子产品，以及可穿戴式设备等。另外，钙钛矿太阳能电池还可以回收室内照明光源，进一步利用可再生能源。