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黃維院士和陳永華教授團隊在Nature Energy(《自然?能源》)報道新型鈣鈦礦太陽能電池

2020-11-12

近年來,二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦材料由于其優越的穩定性和光電性能而成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點。目前,基于液相法制備的二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結構(multiple quantum wells, MQW)組成,即目標量子阱結構與實際獲得的相結構有很大不同。盡管鈣鈦礦前驅體溶液是嚴格按照化學計量比的方式配置,也難以在沉積的過程中直接形成目標設計的純相量子阱薄膜。薄膜中夾雜的其他多相鈣鈦礦成分對鈣鈦礦器件的性能和穩定性都有極大的負面影響。同時,二維本征結構的光物理性質被其他混雜相尤其是三維相所掩蓋。研究人員一直致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜(phase-pure QW),但是到目前為止還無法實現。

針對這一世界性科學難題,南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊陳永華教授與澳門大學應用物理及材料工程研究院邢貴川教授合作,在世界上首次報道了一系列不同量子阱寬度的純相二維Ruddlesden-Popper鈣鈦礦薄膜及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。合作團隊創新性地使用一種離子液體有機胺鹽(butylammonium acetate,BAAc, 乙酸丁胺),實現前驅體溶液離子配位和分子間相互作用有效調控,獲得擇優生長的微米級二維層狀鈣鈦礦晶體,實現了有效的載流子分離和電荷傳輸,最終得到了優異的太陽能電池光電轉換效率。同時,純相量子阱結構使得二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦太陽能電池的穩定性顯著提高。該方法成功地為二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦光電器件的性能和穩定性進一步提升提供了新思路,為探索二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦本征光物理性質提供了可能,在這一領域取得了重大創新性突破。

使用傳統的碘化丁胺(BAI)和乙酸丁胺(BAAc)離子液體作為間隔陽離子源實現不同量子阱寬度的二維層狀鈣鈦礦薄膜的光學性能表征(瞬態吸收光譜a,b;穩態吸收光譜c,d;穩態熒光光譜e,f)和結構示意圖(g,h)

相關研究成果于2020年11月10日以“Two-dimensional Ruddlesden-Popper layered perovskite solar cells based on phase-pure thin films”為題發表于世界頂尖科技期刊—Nature Energy(《自然?能源》),文章全文具體內容詳見原文(鏈接:https://www.nature.com/articles/s41560-020-00721-5 ,DOI:10.1038/s41560-020-00721-5。合作團隊的梁超、顧浩和夏英東為該論文的共同第一作者,陳永華教授、邢貴川教授和黃維院士為該論文的共同通訊作者。

(來源:南京工業大學先進材料研究院

 



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