黃維院士:純相二維Ruddlesden–Popper層狀鈣鈦礦太陽能電池

2020-12-03 知研光電材料

作為新一代高性能的鈣鈦礦電池的候選材料，二維Ruddlesden-Popper層狀金屬滷化物鈣鈦礦因其具有理想的光電性能和良好的環境穩定性，越來越受到人們的關注。然而，這種鈣鈦礦通常由具有隨機阱寬度分布的多個量子阱組成，也因此目標量子阱結構與實際獲得的相結構有很大不同。雖然目前人們利用化學計量法製備鈣鈦礦溶液，但是獲得的均是大小隨機分布的膠體顆粒，提純難度非常大。因此，製備純相二維鈣鈦礦薄膜，是目前研究人員一直關注和致力於解決的關鍵性問題。

近日，西北工業大學的黃維院士團隊首次製備並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，可應用於高效的鈣鈦礦太陽能電池。研究人員創新性地通過引入一種離子液體有機胺鹽(butylammonium acetate，BAAc,乙酸丁胺) 替代傳統的滷化物間隔基碘化正丁胺（BAI），由於在溶液加工的初始階段，BAAc與鈣鈦礦骨架之間具有較強的離子配位作用，可以將具有均勻分布中間相的化合物從近乎單分散的晶胞顆粒的前體溶液中凝膠化，從而進一步製備了純相量子阱結構鈣鈦礦薄膜。

研究人員還觀察到，具有微米級，垂直排列晶粒的純相量子阱結構鈣鈦礦薄膜可以從它們各自的中間相中結晶出來。同時，通過各種光譜技術和晶體結構表徵證實，高相純度可能會促進電荷傳輸並穩定鈣鈦礦骨架。所得到的鈣鈦礦電池表現出16.25%的最佳光電轉換效率和1.31V的開路電壓，與同類產品相比也具有更高的穩定性。

該研究成果發表在世界頂級期刊《Nature Energy》上，文章題目為「Two-dimensional Ruddlesden-Popper layered perovskite solar cellsbased on phase-pure thin films」。合作團隊的梁超、顧浩和夏英東為論文的共同第一作者，南京工業大學陳永華教授、澳門大學邢貴川教授和西北工業大學黃維院士為論文的共同通訊作者。

DOI：

https://doi.org/10.1038/s41560-020-00721-5

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