新型2DRuddlesden分層鈣鈦礦基太陽能電池

近年來，全世界的研究人員一直在嘗試開發可從可再生資源產生電能的太陽能電池和其他技術，因為它們可以減少溫室氣體的排放，從而有助于保護地球上的生命。可以使用包括硅，銅或其他半導體的多種材料來構造太陽能電池。

另一類已被證明對制造太陽能電池極有希望的材料是鈣鈦礦，鈣鈦氧化物礦物，可以從特定地理區域的地幔中提取。其中包括二維Ruddlesden-Popper(RP)鈣鈦礦，該鈣鈦礦具有獨特的結構，可以增強設備的環境穩定性和光電性能，而不會顯著影響其效率。

通常，二維RP鈣鈦礦具有多個具有隨機阱寬度分布的量子阱(QW)，這會損害鈣鈦礦溶液的熱力學穩定性。QW是薄層，其將顆粒限制在垂直于裝置中給定層的表面的尺寸(例如，在類似孔的空間中)，而不限制其他尺寸的移動。

南京理工大學和中國其他研究所的研究人員最近使用具有相純QW和單阱寬度的2-D RP層鈣鈦礦創建了太陽能電池。這些太陽能電池發表在《自然能源》上的一篇論文中，可以實現卓越的功率轉換效率，隨著時間的推移，這些效率將在很大程度上得到保留。

研究人員在論文中寫道：“我們通過引入熔融鹽間隔基乙酸正丁胺代替傳統的鹵化物間隔基碘化正丁胺，報道了具有單孔寬度的純相量子阱。” “由于乙酸正丁胺和鈣鈦礦骨架之間的強離子配位，可以形成中間相均勻分布的凝膠。”

由這組研究人員設計的太陽能電池與過去開發的其他類似太陽能電池之間的主要區別是引入了一層熔融鹽間隔基乙酸正丁胺，該層替代了通常用于制造太陽能電池的鹵化物間隔基正丁基碘化碘。基于二維RP-鈣鈦礦。該新引入的層和鈣鈦礦之間的強離子配位最終使形成具有均勻分布的中間相的化合物制成的凝膠成為可能。

這種獨特的設計可生產出具有垂直排列的微米級晶粒的純相量子阱膜。這些增益在其各自的中間階段結晶，這最終可能會提高太陽能電池的穩定性。

在一系列初步測試中，研究人員發現，他們制造的太陽能電池實現了16.25%的功率轉換效率和1.31V的高開路電壓。此外，他們在三種不同的情況下評估了太陽能電池：將它們在濕度為65±10%的環境中放置4,680小時后;在85°C下運行558小時后;并且將它們置于連續光照下1100小時。在這三種情況下，電池效率均降低了不到10%。

這些結果表明，可以通過引入熔融鹽間隔層來克服與先前開發的基于RP鈣鈦礦的太陽能電池的QW相關的限制。將來，在最近的這篇論文中提出的獨特的太陽能電池設計可以實現高效且穩定的太陽能電池板或其他太陽能設備的創建。

“與傳統的真空沉積全無機量子阱相比，雜化有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦相純量子阱具有多種改進，包括溶液加工性，低溫制造和原子層精度，”研究人員解釋說。紙。“考慮到良好的穩定性，獨特的結構和光電性能，我們預計純相量子阱將促進太陽能電池和其他基于鈣鈦礦的光電器件(例如探測器，發光二極管和激光器)的開發。”