鈣鈦礦發(fā)光器件

本文格式為Word版，下載可任意編輯——鈣鈦礦發(fā)光器件

原標(biāo)題：化學(xué)所在制備高效穩(wěn)定的模塊化鈣鈦礦器件方面取得進(jìn)展

金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有布局可設(shè)計(jì)性、帶隙可調(diào)、禁帶寬度適合、載流子遷移率高及本金低廉等優(yōu)點(diǎn)，是第三代薄膜太陽(yáng)能電池的代表性材料。然而三維鈣鈦礦對(duì)水氧的敏感性，導(dǎo)致器件在自然工作狀態(tài)下效率急劇衰減，嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化進(jìn)程。二維鈣鈦礦作為三維鈣鈦礦的延遲材料，因其疏水性和對(duì)光照的不敏感性，穩(wěn)定性大為提高。由于二維材料布局的特殊性，電子或空穴受量子尺寸效應(yīng)限制，其壽命和遷移率遠(yuǎn)低于三維布局，因而其器件光電轉(zhuǎn)化效率明顯低于三維鈣鈦礦。這種穩(wěn)定性與高效率之間的沖突成為實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)難題。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)測(cè)驗(yàn)室研究員宋延林課題組科研人員利用綠色納米印刷技術(shù)，在鈣鈦礦單晶的精細(xì)圖案化組裝（Sci.Adv.2022,4,eaat2390）、印刷柔性太陽(yáng)能電池（Adv.Mater.2022,29,1703236）和鈣鈦礦可穿戴器件（EnergyEnviron.Sci.DOI:10.1039/c8ee01799a）方面開(kāi)展了一系列研究。

最近，該測(cè)驗(yàn)室的研究人員與澳門(mén)大學(xué)物理學(xué)院合作，告成將純相的二維鈣鈦礦引入到三維鈣鈦礦體系中，抑制了載流子傳輸過(guò)程受量子尺寸效應(yīng)的限制，制備出了高度趨向性的2D-3D鈣鈦礦橫向抑制結(jié)薄膜，并利用印刷技術(shù)制備出高效率、高穩(wěn)定性的模塊化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。如下圖所示，他們選擇具有長(zhǎng)鏈雙胺配體（EDBEPbI4）的二維鈣鈦礦，一方面抑制了多種二維相的形成，保證二維鈣鈦礦的超強(qiáng)疏水性。另一方面，二維鈣鈦礦中的胺分子可以與三維鈣鈦礦中的有機(jī)陽(yáng)離子發(fā)生配位作用，可以使純相二維鈣鈦礦鑲嵌在三維鈣鈦礦晶界處，抑制載流子自晶界處的非輻射復(fù)合，阻擋水和氧在從晶界處腐蝕薄膜，得到了光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)21%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。通過(guò)印刷技術(shù)制備出的模塊化組件，在自然條件下，經(jīng)過(guò)3000小時(shí)的衰減測(cè)試，其光電轉(zhuǎn)換效率依舊保持在初始值的90%以上。500小時(shí)的光照測(cè)試，模塊化組件效率衰減缺乏10%。通過(guò)這種二維-三維鈣鈦礦布局設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超高效率和超穩(wěn)定性的模塊化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，對(duì)推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。該研究成果近日發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Adv.Mater.DO