新型鈣鈦礦薄膜讓太陽能電池實現高效率

2020-11-12 光明網

南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊、陳永華教授團隊與澳門大學應用物理及材料工程研究院邢貴川教授合作，在世界上首次報導了一系列不同量子阱寬度的二維Ruddlesden-Popper（RP）層鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。相關成果北京時間11月10日發表於《自然—能源》。

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而成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點。基於液相法製備的二維RP層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結構（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。研究人員一直致力於製備純相二維鈣鈦礦薄膜，但卻無法實現。

針對這一難題，合作團隊通過引入熔融鹽間隔陽離子源乙酸丁胺來替換傳統的碘化丁胺，利用乙酸丁胺與鈣鈦礦骨架間的強離子配位，形成了中間相分布均勻的凝膠，允許具有垂直排列晶粒的純相量子阱薄膜從各自的中間相結晶，製備出一系列不同量子阱寬度的純相二維RP鈣鈦礦薄膜。基於這種鈣鈦礦薄膜的太陽能電池器件實現了高達16.25%的功率轉換效率以及1.31 V的高開路電壓。在溼度為65±10%的環境下連續運行4680小時，在85℃環境下連續運行558小時，或是在連續光照1100小時後，器件的效率衰減不到10%。

該研究展示的純相量子阱，有助於促進太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件如探測器、發光二極體、雷射器等的發展。（記者馮麗妃）

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-020-00721-5

來源： 《中國科學報》

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