中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來，準(zhǔn)二維層狀有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦作為一種新興的鈣鈦礦半導(dǎo)體材料，受到了世界范圍內(nèi)的研究人員的廣泛關(guān)注。相比較于傳統(tǒng)的三維鈣鈦礦材料，在準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦中，由于有機(jī)大陽(yáng)離子的引入，三維的鉛碘八面體被分裂成準(zhǔn)二維層狀，同時(shí)，這也為這種新型鈣鈦礦帶來了很多優(yōu)異的材料性質(zhì)和特殊的問題。例如：有機(jī)大陽(yáng)離子的引入可以極大的抑制鈣鈦礦薄膜中的離子遷移，提高了其本征的材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時(shí)，有機(jī)大陽(yáng)離子的疏水性也極大的提高了準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦薄膜和器件的濕穩(wěn)定性，這對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有非常重要的意義。然而，有機(jī)大陽(yáng)離子的量子阱和介電限域效應(yīng)使得準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦有著更大的帶隙和更大的激子結(jié)合能；同時(shí)，有機(jī)大陽(yáng)離子的導(dǎo)電性差的特點(diǎn)也使得準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦薄膜載流子傳輸能力受到了很大的限制。研究者報(bào)道稱，準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦材料的擴(kuò)散長(zhǎng)度和載流子遷移率僅僅為220 nm和8.9 × 10−2 cm2 V−1 s−1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于傳統(tǒng)的三維鈣鈦礦材料，這也極大地限制了準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的進(jìn)一步提升。
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針對(duì)這一問題，北京大學(xué)工學(xué)院周歡萍團(tuán)隊(duì)和合作者構(gòu)建了一種四電極的同質(zhì)準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，將較厚的準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦吸光層分為兩個(gè)較薄的準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦吸光層，并構(gòu)筑電池進(jìn)行有效的連接。在保證了充足的太陽(yáng)光吸收的基礎(chǔ)上，同質(zhì)準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池可以實(shí)現(xiàn)更加有效的載流子分離和傳輸，相比較于同樣的單節(jié)器件，極大的減少了載流子復(fù)合的損失�；贐A2MA3Pb4I13（n=4）準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦體系，反式單節(jié)器件實(shí)現(xiàn)了11.02%的光電轉(zhuǎn)化效率和10.94%的穩(wěn)態(tài)效率，而同質(zhì)疊層太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)14.42%，穩(wěn)態(tài)效率高達(dá)13.57%。相比較于單節(jié)器件，同質(zhì)準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化效率30%的提升。該疊層設(shè)計(jì)的構(gòu)筑可進(jìn)一步拓展到其它組分的準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦材料。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步研究和證實(shí)了同質(zhì)準(zhǔn)二維層狀鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池有著和單節(jié)器件同樣優(yōu)異的穩(wěn)定性。
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