近日，中國(guó)科學(xué)院院士、西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院首席科學(xué)家黃維團(tuán)隊(duì)等領(lǐng)銜的兩項(xiàng)研究成果登上《自然》子刊。其一是在層狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，論文發(fā)表于《自然—光子學(xué)》；其二是在有機(jī)—金屬氧化物薄膜晶體管研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，論文發(fā)表于《自然—電子學(xué)》。

黃維在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和金屬氧化物薄膜晶體管的器件效率和性能，目前已在世界范圍內(nèi)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，然而器件方面卻始終存在穩(wěn)定性較差的問題。

“基于此，在這兩項(xiàng)研究工作中，我們通過材料調(diào)控和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化器件效能和穩(wěn)定性，逐步分析穩(wěn)定性機(jī)制，深入探索提升器件穩(wěn)定性的新方法并實(shí)現(xiàn)突破。”黃維說。

鈣鈦礦材料在環(huán)境穩(wěn)定性方面一直存在局限性，這也極大地限制了其商業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)這一問題，黃維團(tuán)隊(duì)有效地增強(qiáng)了層間電荷傳輸，并且進(jìn)一步穩(wěn)定了層狀鈣鈦礦骨架，制備出效率高達(dá)18.06%的高性能層狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，大大改善了鈣鈦礦薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性。同時(shí)，器件在最大功率輸出點(diǎn)持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下光照1000小時(shí)，效率衰減不到15%。

去年，由湖北萬度光能、北京大學(xué)、華中科技大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等單位在湖北推動(dòng)成立了“中國(guó)鈣鈦礦光電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，黃維作為首任會(huì)長(zhǎng)，在推進(jìn)鈣鈦礦光電子技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研合作方面做了大量工作。

對(duì)此，黃維表示，鈣鈦礦技術(shù)作為先進(jìn)材料技術(shù)中的前沿，是科技創(chuàng)新浪潮中的典型代表。面對(duì)巨量市場(chǎng)需求，他將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在基礎(chǔ)研究工作方面，抓住推動(dòng)鈣鈦礦光電子器件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵指標(biāo)，努力突破當(dāng)前鈣鈦礦類材料在光電領(lǐng)域應(yīng)用中所面臨的科學(xué)瓶頸。

“這項(xiàng)研究工作就為解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題提供了有效策略，大力推進(jìn)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”黃維說。

談及自己及團(tuán)隊(duì)之后的科研計(jì)劃，黃維表示，他們將聚焦有機(jī)電子、印刷電子、生物電子等柔性電子交叉研究方向，以柔性光電材料、器件物理機(jī)制、器件制備工藝和集成化方面存在的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)難點(diǎn)為研究對(duì)象，開展基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究，開發(fā)面向新一代信息顯示、數(shù)據(jù)加密、生物傳感和先進(jìn)能源等領(lǐng)域的應(yīng)用。

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方面，團(tuán)隊(duì)將針對(duì)鈣鈦礦材料和器件的穩(wěn)定性以及含鉛帶來的毒性問題，設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦材料和器件，發(fā)展器件封裝技術(shù)，開展環(huán)境友好的無鉛鈣鈦礦材料和器件研究。同時(shí)，面向當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用的需求，他們還將開發(fā)大面積柔性制備工藝。此外，利用鈣鈦礦材料優(yōu)異的電荷傳輸能力和光電轉(zhuǎn)換性能，開拓其在發(fā)光、光伏、光電探測(cè)和信息存儲(chǔ)等柔性電子方面的應(yīng)用。

黃維還表示，對(duì)于柔性電子技術(shù)，他們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和金屬氧化物薄膜晶體管有望與輕薄的柔性襯底相結(jié)合，可潛在應(yīng)用于手機(jī)、平板顯示等便攜式電子產(chǎn)品，以及可穿戴式設(shè)備等。另外，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還可以回收室內(nèi)照明光源，進(jìn)一步利用可再生能源。