澳大開發二維鈣鈦礦技術有新突破 可製備高效穩定太陽能電池器件

純相準二維鈣鈦礦材料製備

澳門大學應用物理及材料工程研究院與南京工業大學聯合開發純相準二維鈣鈦礦材料製備技術,製備了高效穩定的太陽能電池器件。相關研究成果已於國際著名期刊《自然能源》(Nature Energy)上發表。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料由於其優異的光電子特性和低成本,現已成為太陽能電池和發光領域最具革新性的材料體系。然而由於常規使用的三維(3D)鈣鈦礦,天然的不穩定,極大阻礙了基於這類鈣鈦礦材料所開發的光電子器件商業化進程。最近研究發現若在鈣鈦礦前驅體溶液中,添加適量的長碳鏈有機陽離子,可以讓所沉積的鈣鈦礦薄膜維度從3D變成準二維(2D)。由於2D表面長碳鏈層的保護,材料的穩定性會獲得大幅的提升。然而由於鈣鈦礦結晶過程中的熱動力學分佈,以前報導的溶液法製備的2D鈣鈦礦薄膜,是由不同厚度量子阱組成的混雜結構,裡面存在的近三維鈣鈦礦還是會在很大程度上削弱材料總體的穩定性。因此,到目前為止,如何製備純相的準二維鈣鈦礦薄膜仍然是該領域迫切待解的難題。

有鑑於此,澳大應用物理及材料工程研究院研究人員梁超與南京工業大學同行合作,通過鈣鈦礦結晶動力學機理探測和強的離子配位作用,已首次開發一種製備方法,可以沉積純相的準二維鈣鈦礦薄膜,克服了之前二維鈣鈦礦純相製備的領域瓶頸,並基於純相2D鈣鈦礦,製備了高效穩定的太陽能電池器件。

有關研究在澳門大學應用物理及材料工程研究院副教授邢貴川、南京工業大學教授黃維和陳永華指導下完成。澳門大學應用物理及材料工程研究院助理教授陳石也做出了重要貢獻。研究得到澳門特別行政區科學技術發展基金(檔案編號:116/2016/A3,091/2017/A2,014/2017/AMJ)、澳門大學(檔案編號:MYRG2018-00148-IAPME)和國家自然科學基金(檔案編號:61935017, 91733302)資助。

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