南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院黃維院士團隊、陳永華教授團隊與澳門大學(xué)應(yīng)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(yīng)用。相關(guān)成果北京時間11月10日發(fā)表于《自然—能源》。
近年來，二維RP層狀鈣鈦礦材料由于其優(yōu)越的穩(wěn)定性和光電性能而成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點。基于液相法制備的二維RP層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)組成，即目標(biāo)量子阱結(jié)構(gòu)與實際獲得的相結(jié)構(gòu)有很大不同。研究人員一直致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜，但卻無法實現(xiàn)。
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(tǒng)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(jié)晶，制備出一系列不同量子阱寬度的純相二維RP鈣鈦礦薄膜。基于這種鈣鈦礦薄膜的太陽能電池器件實現(xiàn)了高達(dá)16.25%的功率轉(zhuǎn)換效率以及1.31 V的高開路電壓。在濕度為65±10%的環(huán)境下連續(xù)運行4680小時，在85℃環(huán)境下連續(xù)運行558小時，或是在連續(xù)光照1100小時后，器件的效率衰減不到10%。
該研究展示的純相量子阱，有助于促進(jìn)太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件如探測器、發(fā)光二極管、激光器等的發(fā)展。
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