基於純相二維Ruddlesden-Popper薄膜的層狀鈣鈦礦太陽能電池

2020-11-22 西北工業大學新聞網

西工大新聞網11月8日電（柔軒）近年來，二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦材料由於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，基於液相法製備的二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結構(multiple quantum wells, MQWs)組成，即目標量子阱結構與實際獲得的相結構有很大不同。儘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，二維本徵結構的光物理性質被其他混雜相尤其是三維相所掩蓋。研究人員一直致力於製備純相二維鈣鈦礦薄膜(phase-pure QWs)，但是到目前為止還無法實現。

針對這一世界性科學難題，西北工業大學柔性電子前沿科學中心黃維院士團隊首次報導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層狀鈣鈦礦本徵光物理性質提供了可能。

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徵（瞬態吸收光譜a，b；穩態吸收光譜c，d；穩態螢光光譜e，f）和結構示意圖（g，h）

相關研究成果於2020年11月10日以「Two-dimensional Ruddlesden-Popper layered perovskite solar cells based on phase-pure thin films」為題發表於世界頂尖期刊—Nature Energy（《自然•能源》）。

文章連結：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論文的共同通訊作者。

（審稿：王凡華）

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  • 鈣鈦礦太陽能電池又有新突破
    鈣鈦礦的帶隙可以通過用溴或氯替換碘陰離子來調節，然而過多的溴會使鈣鈦礦性能不穩定。本文引入硫氰酸鹽與碘的混合，從而開發了2D/3D混合寬帶隙鈣鈦礦的結構和提高光電性能。基於此，鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池的PCE高達26.7%。
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    Ruddlesden-Popper（RP）層狀鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。近年來，二維RP層狀鈣鈦礦材料由於其優越的穩定性和光電性能...他們用這種電池製造了一種超級太陽能電池，據說其效率是有記錄以來最高的。他們依靠低溫工藝製造該設備。印度SRM科學技術研究院（SRMIST）的科學家開發了一種新的分子前驅體，該分子可用於基於相同化合物的硅藻土薄膜中，用於薄膜...
  • 我國層狀鈣鈦礦太陽能電池研究獲突破
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