中國粉體網訊 近年來，準二維層狀有機-無機雜化鈣鈦礦作為一種新興的鈣鈦礦半導體材料，受到了世界范圍內的研究人員的廣泛關注。相比較于傳統的三維鈣鈦礦材料，在準二維層狀鈣鈦礦中，由于有機大陽離子的引入，三維的鉛碘八面體被分裂成準二維層狀，同時，這也為這種新型鈣鈦礦帶來了很多優異的材料性質和特殊的問題。例如：有機大陽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構穩定性；同時，有機大陽離子的疏水性也極大的提高了準二維層狀鈣鈦礦薄膜和器件的濕穩定性，這對于鈣鈦礦太陽能電池的進一步產業化發展具有非常重要的意義。然而，有機大陽離子的量子阱和介電限域效應使得準二維層狀鈣鈦礦有著更大的帶隙和更大的激子結合能；同時，有機大陽離子的導電性差的特點也使得準二維層狀鈣鈦礦薄膜載流子傳輸能力受到了很大的限制。研究者報道稱，準二維層狀鈣鈦礦材料的擴散長度和載流子遷移率僅僅為220 nm和8.9 × 10−2 cm2 V−1 s−1，遠遠的低于傳統的三維鈣鈦礦材料，這也極大地限制了準二維層狀鈣鈦礦太陽能電池光電轉化效率的進一步提升。
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針對這一問題，北京大學工學院周歡萍團隊和合作者構建了一種四電極的同質準二維層狀鈣鈦礦疊層太陽能電池結構，將較厚的準二維層狀鈣鈦礦吸光層分為兩個較薄的準二維層狀鈣鈦礦吸光層，并構筑電池進行有效的連接。在保證了充足的太陽光吸收的基礎上，同質準二維層狀鈣鈦礦疊層太陽能電池可以實現更加有效的載流子分離和傳輸，相比較于同樣的單節器件，極大的減少了載流子復合的損失。基于BA2MA3Pb4I13（n=4）準二維層狀鈣鈦礦體系，反式單節器件實現了11.02%的光電轉化效率和10.94%的穩態效率，而同質疊層太陽能電池的光電轉化效率高達14.42%，穩態效率高達13.57%。相比較于單節器件，同質準二維層狀鈣鈦礦疊層太陽能電池實現了光電轉化效率30%的提升。該疊層設計的構筑可進一步拓展到其它組分的準二維層狀鈣鈦礦材料。團隊還進一步研究和證實了同質準二維層狀鈣鈦礦疊層太陽能電池有著和單節器件同樣優異的穩定性。
(中國粉體網編輯整理/小虎）
