突破柔性光伏技術(shù)瓶頸 南京大學(xué)聯(lián)合企業(yè)首次實(shí)現(xiàn)柔性全鈣鈦礦疊層光伏組件

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京大學(xué)蘇州校區(qū)李永璽教授、加拿大維多利亞大學(xué)、仁爍光能(蘇州)有限公司(簡(jiǎn)稱“仁爍光能”)發(fā)表突破性研究成果。團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“氣淬輔助的原位涂層技術(shù)”，制備轉(zhuǎn)化效率達(dá)27.5%的柔性全鈣鈦礦疊層太陽能電池，并成功實(shí)現(xiàn)放大制備，大面積柔性疊層模組認(rèn)證轉(zhuǎn)化效率達(dá)23.0%，創(chuàng)雙項(xiàng)世界紀(jì)錄，大幅縮小了柔性與剛性鈣鈦礦電池的效率差距。

 

　　柔性鈣鈦礦太陽能電池是新一代光伏技術(shù)的核心方向。然而，長期以來，柔性基板上的器件制備往往依賴于旋涂設(shè)備結(jié)合反溶劑工藝，難以制備均勻、高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，導(dǎo)致其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)遠(yuǎn)低于剛性電池，尤其是大面積模組的效率差距更為顯著，成為產(chǎn)業(yè)化的 “卡脖子” 難題。
 

　　“基礎(chǔ)研究必須帶著產(chǎn)業(yè)視角解題”該研究的牽頭人、南京大學(xué)教授譚海仁強(qiáng)調(diào)，“高校擅長從分子機(jī)制、材料特性等基礎(chǔ)層面突破，企業(yè)則更懂實(shí)際應(yīng)用需求 —— 比如環(huán)境條件(常壓常溫)下的產(chǎn)業(yè)可行性與實(shí)驗(yàn)室性能，兩者必須‘同頻共振’。” 譚海仁通過科技成果轉(zhuǎn)化于2021年創(chuàng)辦仁爍光能，他深知產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的重要性。

 

　　此次研發(fā)合作中，南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了“原位添加劑涂層策略”，在連續(xù)氣體淬火條件下，向濕潤的鈣鈦礦薄膜動(dòng)態(tài)引入添加劑，精準(zhǔn)調(diào)控結(jié)晶過程。“柔性模組的制備就像在粗糙的帆布上作畫，溶劑揮發(fā)時(shí)極易形成裂紋和孔洞，而我們的研究則像是為了對(duì)薄膜進(jìn)行‘修復(fù)術(shù)’”論文第一作者李曼亞比喻道，“通過離子通道可以精準(zhǔn)的輸送添加劑到缺陷處，盡可能地提升柔性基板上的薄膜質(zhì)量。”
 

　　仁爍光能在本次研發(fā)中負(fù)責(zé)了工藝創(chuàng)新和資源支撐：“實(shí)驗(yàn)室的小面積工藝無法套用至大面積模塊——基板平整度、涂層速度、氣體流量的微小波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致薄膜質(zhì)量不均。”仁爍光能研發(fā)專家、南京大學(xué)博士后肖科說，“仁爍光能擁有全球最先進(jìn)的全鈣疊層設(shè)備和工藝技術(shù)，在本次合作研發(fā)中，仁爍光能僅用了不到一個(gè)月的時(shí)間就將實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的"動(dòng)態(tài)結(jié)晶控制"技術(shù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)級(jí)狹縫涂布設(shè)備上，在30×40cm²的柔性基板上實(shí)現(xiàn)寬帶隙薄膜的單次成型。
 

　　本次校企合作結(jié)出了豐碩果實(shí)：小面積(0.049 cm²)柔性全鈣鈦礦疊層電池的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 27.5%，首次實(shí)現(xiàn)的大面積模組(20.26 cm²)經(jīng)認(rèn)證效率達(dá) 23.0%，均刷新同類器件的世界紀(jì)錄。更重要的是，這項(xiàng)研究基于模組尺寸展示了優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性：在10毫米彎曲半徑下(相當(dāng)于1%拉伸應(yīng)變)可以承受10000次折疊，保持初始效率97%以上。同時(shí)，熱循環(huán)條件、MPPT(最大功率點(diǎn)追蹤)條件、紫外預(yù)處理?xiàng)l件下的模組也分別展示出穩(wěn)定性改進(jìn)效果。“這可以使柔性光伏真正具備實(shí)用價(jià)值，因?yàn)槲覀兪腔谝涞氐哪繕?biāo)去尋找解決方案的”論文共同通訊、南京大學(xué)李永璽教授強(qiáng)調(diào)。
 

成果價(jià)值：全面開啟曲面輕質(zhì)能源市場(chǎng)拓荒之旅
 

　　柔性全鈣鈦礦疊層太陽能電池具有輕量化、低成本、可彎曲、高效率等特性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。仁爍光能將以此為始，進(jìn)一步深化量產(chǎn)工藝，針對(duì)不同場(chǎng)景，陸續(xù)推出不同類型的柔性鈣鈦礦光伏組件。在建筑領(lǐng)域，將通過開發(fā)建筑光伏一體化(BIPV)產(chǎn)品，美化建筑、點(diǎn)亮城市的同時(shí)，悄無聲息地實(shí)現(xiàn)城市建筑的能源化變革；在移動(dòng)消費(fèi)領(lǐng)域，開發(fā)便攜移動(dòng)電源，為手機(jī)、新能源汽車、檢測(cè)設(shè)備、乃至人體智能服裝在戶外提供電力；在航空航天領(lǐng)域，通過貼附或獨(dú)立成翼，滿足無人機(jī)、航天器的能源需求。

 

　　習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，“要實(shí)施好基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科突破計(jì)劃，打造校企地聯(lián)合創(chuàng)新平臺(tái)，提高科技成果轉(zhuǎn)化效能”。本項(xiàng)科研合作正是當(dāng)下校企聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)踐的縮影。南京大學(xué)課題組重在基礎(chǔ)研究和技術(shù)原始創(chuàng)新；仁爍光能意在滿足市場(chǎng)需求，持續(xù)推動(dòng)量產(chǎn)工藝優(yōu)化。雖研究方向、科研資源方面各有側(cè)重、各有優(yōu)勢(shì)，但創(chuàng)新致用是雙方共同的目標(biāo)。2023年，南京大學(xué)同仁爍光能共建了“鈣鈦礦光伏校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，仁爍光能以技術(shù)合作開發(fā)方式開啟了校企聯(lián)合創(chuàng)新之路。在具體合作研發(fā)中，雙方通過項(xiàng)目人員聯(lián)合辦公、每日會(huì)商總結(jié)等方式在彼此之間建立了穩(wěn)定高效的溝通機(jī)制。本次科研合作中，雙方都基于產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向，從基礎(chǔ)研究和規(guī)模工藝角度進(jìn)行交叉研究、互相支撐。
 

　　“科技創(chuàng)新不能‘關(guān)起門來搞’，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新也不能‘摸著石頭過河’”譚海仁教授總結(jié)道，“柔性鈣鈦礦技術(shù)的突破，本質(zhì)是‘學(xué)界出題、產(chǎn)研解題、企業(yè)答題’的協(xié)同結(jié)果。該成果在國際頂級(jí)期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)發(fā)表。未來，我們將繼續(xù)深化“基礎(chǔ)研究突破 — 中試放大 — 產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化”的合作模式，為全球可再生能源發(fā)展提供中國方案。”