我科研团队在光学材料领域取得创新性突破

2020-11-20 来源:光明日报作者:张亚雄 我要评论(0) 字号:

探索研发先进光学材料一直是科研人员的不懈追求。近日,我国科研团队在光学材料制备领域取得创新性突破:基于此项研究生产的太阳能电池有了更高的功率转换效率,并在降低器件衰减等方面取得显著效果,这将有望进一步推进太阳能电池和其他钙钛矿基光电器件(如探测器、发光二极管、激光器等)的研究发展。相关成果已发表至国际科学期刊Nature Energy。

研究人员介绍,二维Ruddlesden–Popper型层状金属卤化物钙钛矿是一种以有机长链胺作为间隔离子的二维钙钛矿材料,其优异的光电性能和稳定性得到了研究人员的广泛关注。

目前,基于液相法制备的二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿薄膜均由多相混合量子阱结构组成,即目标量子阱结构与实际获得的相结构有很大不同。尽管钙钛矿前驱体溶液是严格按照化学计量比的方式配置,但也难以在沉积的过程中直接形成目标设计的纯相量子阱薄膜。薄膜中夹杂的其他多相钙钛矿成分对钙钛矿器件的性能和稳定性都有极大的负面影响。同时,二维本征结构的光物理性质被其他混杂相尤其是三维相所掩盖。研究人员一直致力于制备纯相二维钙钛矿薄膜(phase-pure QWs),但是到目前为止还无法实现。

针对这一世界性科学难题,近日南京工业大学黄维院士、陈永华教授与澳门大学邢贵川教授合作,通过引入熔融盐间隔阳离子源乙酸丁胺来替换传统的碘化丁胺,利用乙酸丁胺与钙钛矿骨架间的强离子配位,形成了中间相分布均匀的凝胶。允许了具有垂直排列晶粒的纯相量子阱薄膜从各自的中间相结晶,实现了一系列不同量子阱宽度的纯相二维Ruddlesden-Popper钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池应用。基于这种钙钛矿薄膜的太阳能电池器件实现了高达16.25%的功率转换效率以及1.31 V的高开路电压。在湿度为65±10%的环境下连续运行4680小时,在85℃的环境下连续运行558小时,或是在连续光照1100小时后,器件的效率衰减均不到10%。该研究展示的纯相量子阱将促进太阳能电池和其他钙钛矿基光电器件(如探测器、发光二极管、激光器等)的发展。相关论文已发表至最新一期的Nature Energy上。

研究人员认为,通过引入熔融盐间隔分子,可以实现纯相的具有单一阱宽的量子阱薄膜的制备。与传统采用真空沉积法制备的全无机量子阱相比,有机-无机金属卤化物钙钛矿纯相量子阱在溶液可加工性、低温制造和原子层精度等方面有极大进步。这种纯相量子阱制备方法,将进一步促进太阳能电池和其他钙钛矿基光电器件(如探测器、发光二极管、激光器等)的发展。(光明日报全媒体记者 张亚雄)

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