探索研發(fā)先進(jìn)光學(xué)材料一直是科研人員的不懈追求。近日，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在光學(xué)材料制備領(lǐng)域取得創(chuàng)新性突破：基于此項(xiàng)研究生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池有了更高的功率轉(zhuǎn)換效率，并在降低器件衰減等方面取得顯著效果，這將有望進(jìn)一步推進(jìn)太陽(yáng)能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光器等）的研究發(fā)展。相關(guān)成果已發(fā)表至國(guó)際科學(xué)期刊Nature Energy。

研究人員介紹，二維Ruddlesden–Popper型層狀金屬鹵化物鈣鈦礦是一種以有機(jī)長(zhǎng)鏈胺作為間隔離子的二維鈣鈦礦材料，其優(yōu)異的光電性能和穩(wěn)定性得到了研究人員的廣泛關(guān)注。

目前，基于液相法制備的二維Ruddlesden-Popper層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結(jié)構(gòu)組成，即目標(biāo)量子阱結(jié)構(gòu)與實(shí)際獲得的相結(jié)構(gòu)有很大不同。盡管鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比的方式配置，但也難以在沉積的過程中直接形成目標(biāo)設(shè)計(jì)的純相量子阱薄膜。薄膜中夾雜的其他多相鈣鈦礦成分對(duì)鈣鈦礦器件的性能和穩(wěn)定性都有極大的負(fù)面影響。同時(shí)，二維本征結(jié)構(gòu)的光物理性質(zhì)被其他混雜相尤其是三維相所掩蓋。研究人員一直致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜(phase-pure QWs)，但是到目前為止還無法實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)這一世界性科學(xué)難題，近日南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、陳永華教授與澳門大學(xué)邢貴川教授合作，通過引入熔融鹽間隔陽(yáng)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(qiáng)離子配位，形成了中間相分布均勻的凝膠。允許了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，實(shí)現(xiàn)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(yáng)能電池應(yīng)用。基于這種鈣鈦礦薄膜的太陽(yáng)能電池器件實(shí)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(yùn)行4680小時(shí)，在85℃的環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行558小時(shí)，或是在連續(xù)光照1100小時(shí)后，器件的效率衰減均不到10%。該研究展示的純相量子阱將促進(jìn)太陽(yáng)能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光器等）的發(fā)展。相關(guān)論文已發(fā)表至最新一期的Nature Energy上。

研究人員認(rèn)為，通過引入熔融鹽間隔分子，可以實(shí)現(xiàn)純相的具有單一阱寬的量子阱薄膜的制備。與傳統(tǒng)采用真空沉積法制備的全無機(jī)量子阱相比，有機(jī)-無機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦純相量子阱在溶液可加工性、低溫制造和原子層精度等方面有極大進(jìn)步。這種純相量子阱制備方法，將進(jìn)一步促進(jìn)太陽(yáng)能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光器等）的發(fā)展。（光明日?qǐng)?bào)全媒體記者 張亞雄）