探索研發(fā)先進光學(xué)材料一直是科研人員的不懈追求。近日，我國科研團隊在光學(xué)材料制備領(lǐng)域取得創(chuàng)新性突破：基于此項研究生產(chǎn)的太陽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，這將有望進一步推進太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測器、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長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，即目標量子阱結(jié)構(gòu)與實際獲得的相結(jié)構(gòu)有很大不同。盡管鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是嚴格按照化學(xué)計量比的方式配置，但也難以在沉積的過程中直接形成目標設(shè)計的純相量子阱薄膜。薄膜中夾雜的其他多相鈣鈦礦成分對鈣鈦礦器件的性能和穩(wěn)定性都有極大的負面影響。同時，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現(xiàn)。

針對這一世界性科學(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能電池應(yīng)用�；�于這種鈣鈦礦薄膜的太陽能電池器件實現(xiàn)了高達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)運行4680小時，在85℃的環(huán)境下連續(xù)運行558小時，或是在連續(xù)光照1100小時后，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太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測器、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。

研究人員認為，通過引入熔融鹽間隔分子，可以實現(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量子阱相比，有機-無機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步。這種純相量子阱制備方法，將進一步促進太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件（如探測器、發(fā)光二極管、激光器等）的發(fā)展。