朱宗龍博士

由香港城市大學(xué)（城大）聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新技術(shù)，可將反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率大幅提升至25%，這是一個(gè)新紀(jì)錄，有助促進(jìn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化。

團(tuán)隊(duì)發(fā)明的新技術(shù)，是應(yīng)用二茂鐵有機(jī)金屬化合物（FcTc2）作為介面材料，以提升反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率及穩(wěn)定程度。

城大化學(xué)系助理教授朱宗龍博士說(shuō)：「我們是團(tuán)隊(duì)成功將反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率提升至25%，并且通過(guò)國(guó)際電工委員會(huì)的穩(wěn)定測(cè)試。」

該研究成果已于國(guó)際期刊《科學(xué)》上發(fā)表，論文題為「用于高效反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的有機(jī)金屬功能化介面」。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有低成本、低溫生產(chǎn)、重量較輕及靈活的特性，因此有潛力取代傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池既可印製于膠片上成為柔性太陽(yáng)能電池，又可覆蓋于玻璃窗上吸收陽(yáng)光。

然而，鈣鈦礦材料含有化學(xué)反應(yīng)成分，在高溫及潮濕的環(huán)境下容易變得不穩(wěn)定及品質(zhì)下降，以致影響其使用壽命。

上圖：二茂鐵有機(jī)金屬化合物FcTc2的分子結(jié)構(gòu)以及在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用。下圖：二茂鐵有機(jī)金屬化合物的運(yùn)作機(jī)制。

倫敦帝國(guó)學(xué)院有機(jī)金屬化合物專家Nicholas J. Long教授說(shuō)：「二茂鐵的獨(dú)有特性，有助解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的問題。」他的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出上述有機(jī)金屬化合物。

朱博士補(bǔ)充說(shuō)：「二茂鐵能夠減少鈣鈦礦表面的反應(yīng)，因此可同時(shí)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率及穩(wěn)定性。」

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由多層材料組成，當(dāng)中的鈣鈦礦層用作收集陽(yáng)光，而二茂鐵分子則可將鈣鈦礦活性層的電子加快傳送至電子轉(zhuǎn)換層的電極，因此可提升光電轉(zhuǎn)換的效率。

該有機(jī)金屬化合物還有另一優(yōu)點(diǎn)。「這種二茂鐵有機(jī)金屬化合物可通過(guò)化學(xué)結(jié)合力，固定鈣鈦礦表面的離子，令鈣鈦礦太陽(yáng)能電池減低對(duì)外在環(huán)境的敏感程度，并減慢器件的退化過(guò)程，」朱博士解釋說(shuō)。

城大團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，新式太陽(yáng)能電池在連續(xù)受到光照逾1,500小時(shí)仍能運(yùn)作，并保持98%以上的原有效率。此外，電池在高溫及潮濕環(huán)境下（攝氏85度及濕度85%）仍表現(xiàn)非常穩(wěn)定，達(dá)到光伏器件商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。

朱博士說(shuō)：「這個(gè)研究的挑戰(zhàn)是要製造出高效率又相當(dāng)穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。這些可靠的數(shù)據(jù)意味鈣鈦礦太陽(yáng)能電池將進(jìn)入商業(yè)化階段。」

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)已為該發(fā)明取得專利。他說(shuō)：「我們期望通過(guò)研發(fā)的新式分子和簡(jiǎn)單方法，進(jìn)一步加速鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)步伐，為全球『零碳』的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。」

研究論文的通訊作者為朱博士及Long教授，作者為城大化學(xué)系博士生李稹和吳鑫，以及博士后研究員李博博士。其他城大成員為化學(xué)系博士后研究員張守峰博士及博士生高丹鵬。

這項(xiàng)研究獲城大、創(chuàng)新及科技基金、研究資助局的杰出青年學(xué)者計(jì)劃及優(yōu)配研究金，以及廣東省自然科學(xué)基金支持。

（右起）朱宗龍博士、吳鑫、李稹。