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    我?;舴蚵冗M材料研究院在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展

    發布:2020-12-30

    近日,我?;舴蚵冗M材料研究院諾獎團隊在利用高能同步輻射對鈣鈦礦量子阱的形成機理研究領域取得重要進展:研究團隊采用高能掠入射角X射線衍射實時表征了在三維鈣鈦礦表面通過旋涂長鏈有機銨鹽溶液法所制備鈣鈦礦量子阱形成過程,明確了與長鏈有機銨分子發生反應的反應物;并通過追蹤反應產物在熱退火前后的晶體結構演變,探究了鈣鈦礦量子阱形成過程的具體路徑。這一研究成果發表在材料領域國際頂尖期刊《先進材料》(Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202006238)上,論文第一作者為霍夫曼先進材料研究院胡漢林副教授,深圳職業技術學院為論文第一完成單位。

    有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池,因其優異的光電轉換效率(經認證的單結小面積有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池效率已達25.5%)、較低的成本以及優良的力學柔性等特點,在新能源領域展現出了巨大的應用前景。而基于ABX3傳統三維結構的鈣鈦礦材料由于自身的離子遷移,以及在外界光、熱、水等因素下很容易被破壞,面臨著長期穩定性差的問題,嚴重制約了其實際應用??茖W工作者創新地通過鈣鈦礦量子阱修飾傳統的三維鈣鈦礦方法來制備具有量子阱/三維鈣鈦礦復合結構的太陽能電池,使得所制備的器件具有良好的耐輻照、耐高溫和耐濕度特性?,F有的報道主要集中在器件的效率和穩定性,但對于量子阱的形成機理卻鮮有報道,尤其是對在不同條件下的鈣鈦礦量子阱生長機理并不清楚。

    為此,我校研究團隊采用高能同步輻射掠入射角X射線衍射實時表征了在三維鈣鈦礦表面通過旋涂長鏈有機銨鹽溶液法所制備鈣鈦礦量子阱形成過程,在了解鈣鈦礦生長機理的前提下,研究了不同反應條件對鈣鈦礦量子阱的相純度和取向有序性產生影響。該項成果從化學反應的機理上確定了與長鏈分子反應的反應物,明確了鈣鈦礦量子阱的形成機理,探究了鈣鈦礦量子阱的調控與器件效率以及穩定性的本質聯系,并指出了有效的調控手段,建立了量子阱/三維鈣鈦礦復合結構薄膜最基礎理論依據。鈣鈦礦優越的材料性能預示著理論上它具備打破現有傳統光伏格局的能力,目前科研領域正在關注單結鈣鈦礦電池的轉換效率、穩定性和降低鉛污染,有初創企業推出的單結組件能量轉換效率已超過17%,接近多晶硅組件的轉換效率,并且理論成本更低。本研究工作針對傳統三維鈣鈦礦光伏器件穩定性差的特點,從成膜機理上提出了量子阱/三維鈣鈦礦復合結構的有效調控手段,有望從根本上提高器件的使用壽命,降低器件的制備成本,為工業化生高效穩定鈣鈦礦太陽能電池提供了新的技術途徑。

    Advanced Materials是材料學科世界頂尖期刊,在國際材料領域享譽盛名,當前影響因子27.39。該研究工作受到國家自然科學基金委、深圳市科創委以及深圳職業技術學院的資助。

    (霍夫曼先進材料研究院)

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