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我校霍夫曼先進材料研究院在鈣钛礦太陽能電池領域取得重要研究進展

發布:2020-12-30

近日,我校霍夫曼先进材料研究院诺奖团队在利用高能同步辐射对钙钛矿量子阱的形成机理研究领域取得重要进展:研究团队采用高能掠入射角X射线衍射实时表征了在三维钙钛矿表面通过旋涂长链有机铵盐溶液法所制备钙钛矿量子阱形成过程,明确了与长链有机铵分子发生反应的反应物;并通过追踪反应产物在热退火前后的晶体结构演变,探究了钙钛矿量子阱形成过程的具体路径。这一研究成果发表在材料领域国际顶尖期刊《先进材料》(Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202006238)上,论文第一作者为霍夫曼先进材料研究院胡汉林副教授,真人国际娱乐为论文第一完成单位。

有機-無機雜化鈣钛礦太陽能電池,因其優異的光電轉換效率(經認證的單結小面積有機-無機雜化鈣钛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傳統三維結構的鈣钛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。科學工作者創新地通過鈣钛礦量子阱修飾傳統的三維鈣钛礦方法來制備具有量子阱/三維鈣钛礦複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。現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钛礦量子阱生長機理並不清楚。

爲此,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钛礦表面通過旋塗長鏈有機铵鹽溶液法所制備鈣钛礦量子阱形成過程,在了解鈣钛礦生長機理的前提下,研究了不同反應條件對鈣钛礦量子阱的相純度和取向有序性産生影響。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,明確了鈣钛礦量子阱的形成機理,探究了鈣钛礦量子阱的調控與器件效率以及穩定性的本質聯系,並指出了有效的調控手段,建立了量子阱/三維鈣钛礦複合結構薄膜最基礎理論依據。鈣钛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钛礦電池的轉換效率、穩定性和降低鉛汙染,有初創企業推出的單結組件能量轉換效率已超過17%,接近多晶矽組件的轉換效率,並且理論成本更低。本研究工作針對傳統三維鈣钛礦光伏器件穩定性差的特點,從成膜機理上提出了量子阱/三維鈣钛礦複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,爲工業化生高效穩定鈣钛礦太陽能電池提供了新的技術途徑。

Advanced Materials是材料学科世界顶尖期刊,在国际材料领域享誉盛名,当前影响因子27.39。该研究工作受到国家自然科学基金委、深圳市科创委以及真人国际娱乐的资助。

(霍夫曼先進材料研究院)

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