從2009年開始, 基於甲基銨鉛碘鈣鈦礦太陽能電池的研究就備受矚目, 目前已成為國際科研以及產業領域關注的熱點. 在不到8年的時間裡, 其光電轉換效率從2009年的3%一路飆升到2017年的22.1%. 甲基銨鉛碘鈣鈦礦材料具有直接帶隙, 吸收帶隙可調且強吸收, 載流子傳輸距離長的特點, 是光伏器件的最理想的活性吸收材料. 而高質量的鈣鈦礦薄膜是實現鈣鈦礦太陽能電池高光電轉換效率的關鍵.
電信學院吳朝新教授團隊專註於反型平面異質結鈣鈦礦太陽能電池的鈣鈦礦層的研究. 最近, 該課題組找到了一種簡單方法, 實現了高質量的鈣鈦礦薄膜, 得到了光電轉換效率高達19.44%的反型平面異質結鈣鈦礦太陽能電池. 此外, 將該方法應用到柔性電池中, 實現了光電轉換效率為17.04%的高效率反型平面異質結鈣鈦礦柔性電池, 位於國際最高柔性薄膜太陽能電池效率之列. 通過旋塗製備好鈣鈦礦薄膜後, 使用硫氰酸銨 (NH4SCN) 後處理, 鈣鈦礦薄膜經過分解, 再重新結晶的過程, 形成了晶粒更大, 結晶性更好, 缺陷更少的鈣鈦礦薄膜. 這項研究工作於2017年11月發表在國際重要期刊Advanced Functional Materials (影響因子12.12) . 題目 '類鹵素誘導的CH3NH3PbI3薄膜的重結晶工程及其在高效反型平面異質結鈣鈦礦太陽能電池中的應用' (Hua Dong, Zhaoxin Wu*, et al,Advanced Functional Materials,DOI: 10.1002/adfm. 201704836) . 第一作者為課題組青年教師董化博士 (交大為第一作者單位與通訊作者單位) , 文章被推薦為當期的封底文章 (論文連結為https://doi.org/10.1002/adfm.201704836) .
近幾年來, 吳朝新教授團隊對於柔性太陽能電池及柔性透明導電薄膜進行了深入研究, 且取得了一系列重要成果. 例如: 在國際上率先發展了 '蒸鍍-旋塗' 的鈣鈦礦薄膜低溫製備工藝, 2016年實現了具備高穩定性a-FAPbI3的鈣鈦礦太陽能電池, 其光電轉換效率13.03%, 效率穩定性超過一個月以上 (Jun Xi, Zhaoxin Wu*, et al,Nano Energy,DOI:10.1016/j.nanoen. 2016.06.007) . 基於這種低溫薄膜製備工藝克服了錫基鈣鈦礦成膜的工藝難點, 實現了高效的柔性非鉛鈣鈦礦太陽能電池 (Jun Xi, Zhaoxin Wu*, et al,Advanced Materials, 2017. 1606964) . 前期在銀納米線透明柔性導電薄膜有重要的成果, 實現方阻10歐姆以下, 且透過性大於88%的超薄柔性薄膜 (Hua Dong, Zhaoxin Wu*, et al.,ACS Appl. Mater. Interfaces2016, 8, 31212−31221; Yaqiu Jiang, Jun Xi, Zhaoxin Wu* et al.,Langmuir2015, 31: 4950-4957) . 這些重要成果為進一步實現超輕質高效率的薄膜鈣鈦礦太陽能電池奠定了重要基礎.
參與本項工作的還有美國華盛頓大學Alex K.-Y. Jen教授, 吉林大學張立軍教授, 得到了科技部國家重大科學研究計劃課題 (973) (編號2013CB328705) 及自然基金委面上課題 (編號11574248) 的支援.
