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我校霍夫曼先進材料研究院在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展

發布:2021-12-30

近日,我校(xiao)霍夫(fu)曼先進(jin)材料研(yan)究(jiu)院諾獎團隊在利用(yong)高能(neng)同步輻射(she)(she)對鈣(gai)鈦礦量子阱的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)機理研(yan)究(jiu)領(ling)域取得(de)重要進(jin)展:研(yan)究(jiu)團隊采用(yong)高能(neng)掠入射(she)(she)角X射(she)(she)線衍射(she)(she)實時表(biao)(biao)征了(le)在三維鈣(gai)鈦礦表(biao)(biao)面(mian)通過(guo)(guo)旋(xuan)涂長(chang)鏈有機銨鹽溶液法所制備鈣(gai)鈦礦量子阱形(xing)(xing)成(cheng)過(guo)(guo)程,明確了(le)與(yu)長(chang)鏈有機銨分子發(fa)(fa)生反(fan)應的(de)(de)(de)反(fan)應物;并通過(guo)(guo)追蹤反(fan)應產物在熱(re)退火前后的(de)(de)(de)晶體(ti)結構演(yan)變,探究(jiu)了(le)鈣(gai)鈦礦量子阱形(xing)(xing)成(cheng)過(guo)(guo)程的(de)(de)(de)具體(ti)路徑。這(zhe)一(yi)(yi)研(yan)究(jiu)成(cheng)果發(fa)(fa)表(biao)(biao)在材料領(ling)域國際頂尖期刊《先進(jin)材料》(Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202006238)上(shang),論文(wen)第(di)一(yi)(yi)作者為(wei)霍夫(fu)曼先進(jin)材料研(yan)究(jiu)院胡漢林副(fu)教授,深圳職業(ye)技術學院為(wei)論文(wen)第(di)一(yi)(yi)完成(cheng)單位。

有(you)機(ji)(ji)-無機(ji)(ji)雜(za)化鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池,因(yin)其優異的(de)(de)(de)(de)光電(dian)轉換效率(經(jing)認證的(de)(de)(de)(de)單結(jie)小面(mian)積有(you)機(ji)(ji)-無機(ji)(ji)雜(za)化鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池效率已達25.5%)、較低(di)的(de)(de)(de)(de)成本以及優良的(de)(de)(de)(de)力(li)學柔性等特點,在(zai)新能(neng)(neng)源(yuan)領域展現(xian)出了(le)巨大的(de)(de)(de)(de)應用前景。而基(ji)于(yu)ABX3傳統(tong)三維結(jie)構的(de)(de)(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)由于(yu)自身的(de)(de)(de)(de)離子(zi)(zi)遷移,以及在(zai)外(wai)界(jie)光、熱、水等因(yin)素下很容(rong)易被破壞,面(mian)臨著長期穩定(ding)性差的(de)(de)(de)(de)問題,嚴重制約(yue)了(le)其實際應用。科學工(gong)作者創新地通過鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)量(liang)子(zi)(zi)阱(jing)修飾傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)三維鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)方法來(lai)制備具有(you)量(liang)子(zi)(zi)阱(jing)/三維鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)復(fu)合結(jie)構的(de)(de)(de)(de)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池,使得(de)所制備的(de)(de)(de)(de)器件(jian)具有(you)良好的(de)(de)(de)(de)耐輻(fu)照、耐高(gao)溫和耐濕度特性。現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)報(bao)道主要集中(zhong)在(zai)器件(jian)的(de)(de)(de)(de)效率和穩定(ding)性,但對于(yu)量(liang)子(zi)(zi)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)形(xing)成機(ji)(ji)理(li)(li)卻(que)鮮有(you)報(bao)道,尤其是對在(zai)不(bu)同條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)量(liang)子(zi)(zi)阱(jing)生長機(ji)(ji)理(li)(li)并(bing)不(bu)清楚。

為此,我(wo)校研究(jiu)(jiu)團隊(dui)采用高能同步輻射(she)(she)(she)掠入(ru)射(she)(she)(she)角X射(she)(she)(she)線衍射(she)(she)(she)實時表(biao)征了(le)(le)在三(san)(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)表(biao)面通過旋涂長鏈有機(ji)銨鹽溶液(ye)法所制備鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)形成過程,在了(le)(le)解鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)生(sheng)長機(ji)理(li)(li)的(de)(de)前(qian)提(ti)(ti)下,研究(jiu)(jiu)了(le)(le)不(bu)同反應(ying)(ying)(ying)條件(jian)(jian)對(dui)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)的(de)(de)相純度和取向(xiang)有序性產(chan)生(sheng)影(ying)響。該(gai)項成果從化學反應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)機(ji)理(li)(li)上確定(ding)(ding)(ding)了(le)(le)與(yu)(yu)長鏈分子(zi)反應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)反應(ying)(ying)(ying)物(wu),明(ming)確了(le)(le)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)的(de)(de)形成機(ji)理(li)(li),探究(jiu)(jiu)了(le)(le)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)的(de)(de)調控與(yu)(yu)器件(jian)(jian)效(xiao)率以及穩定(ding)(ding)(ding)性的(de)(de)本(ben)(ben)質聯系,并指出(chu)了(le)(le)有效(xiao)的(de)(de)調控手段(duan),建立了(le)(le)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)/三(san)(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)復合結(jie)構薄膜最基礎理(li)(li)論依據。鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)優越的(de)(de)材料(liao)性能預示著理(li)(li)論上它具備打破現有傳統光伏(fu)格(ge)局(ju)的(de)(de)能力,目前(qian)科研領域正(zheng)在關注單結(jie)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電池的(de)(de)轉換效(xiao)率、穩定(ding)(ding)(ding)性和降低鉛(qian)污染,有初創(chuang)企業推(tui)出(chu)的(de)(de)單結(jie)組件(jian)(jian)能量(liang)(liang)轉換效(xiao)率已超過17%,接近多晶硅組件(jian)(jian)的(de)(de)轉換效(xiao)率,并且(qie)理(li)(li)論成本(ben)(ben)更低。本(ben)(ben)研究(jiu)(jiu)工(gong)作針對(dui)傳統三(san)(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)光伏(fu)器件(jian)(jian)穩定(ding)(ding)(ding)性差的(de)(de)特點(dian),從成膜機(ji)理(li)(li)上提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)量(liang)(liang)子(zi)阱(jing)(jing)/三(san)(san)維鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)復合結(jie)構的(de)(de)有效(xiao)調控手段(duan),有望從根本(ben)(ben)上提(ti)(ti)高器件(jian)(jian)的(de)(de)使用壽命,降低器件(jian)(jian)的(de)(de)制備成本(ben)(ben),為工(gong)業化生(sheng)高效(xiao)穩定(ding)(ding)(ding)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太陽能電池提(ti)(ti)供了(le)(le)新的(de)(de)技術途徑(jing)。

Advanced Materials是(shi)材(cai)料學科世界頂尖期刊,在國(guo)際材(cai)料領(ling)域享(xiang)譽盛名(ming),當前影響因子27.39。該研(yan)究(jiu)工作受到國(guo)家自然科學基金委、深圳市(shi)科創委以(yi)及深圳職業(ye)技術(shu)學院(yuan)的資(zi)助(zhu)。

(霍夫曼(man)先(xian)進材料研究院)

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