4月27日，記者從電子科技大學獲悉，該校科研團隊通過應用不同烷基鏈長的間隔陽離子設計了綠色的新型二維錫基鈣鈦礦光伏材料，并揭示了烷基鏈長在薄膜晶體生長與穩(wěn)定性上的重要作用，為實現(xiàn)綠色、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路，相關成果已于日前發(fā)表在國際著名期刊《美國化學學會能源快報》。
研究團隊成員、電子科技大學教授劉明偵說，新型錫基鈣鈦礦光伏材料兼具毒性低、光吸收范圍寬、載流子遷移率高等優(yōu)勢，成為近年來開發(fā)新型綠色太陽能電池的良好選擇。但該材料體系中的二價錫離子在空氣中容易自發(fā)氧化成四價錫離子，其氧化過程嚴重破壞了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的電中性和穩(wěn)定性，極大地抑制了太陽能電池的光伏性能。為解決這一問題，科研人員試圖通過引入不同有機間隔陽離子來調(diào)控鈣鈦礦維度結(jié)構(gòu)，從而提高鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性和光伏性能。然而，一直以來有機間隔陽離子的結(jié)構(gòu)與尺寸在調(diào)節(jié)晶體取向，和保護二價錫離子不被氧化方面的作用機制不清楚，這對設計高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池造成了嚴重阻礙。
為此研究團隊設計了一系列具有不同烷基鏈長度的二維錫基鈣鈦礦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較短烷基鏈的陽離子更有利于生長垂直取向且均一相分布的晶粒，有序的晶體結(jié)構(gòu)抑制了二價錫離子的氧化并顯著提升了電荷傳輸效率。反之，長鏈烷基陽離子使鈣鈦礦晶體生長取向趨向無序化，相應鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性與電荷輸運性質(zhì)顯著降低。隨后，科研團隊建立了相應的晶體生長模型，為進一步設計高效穩(wěn)定的錫基鈣鈦礦材料提供了方向指引。劉明偵表示，該研究揭示了烷基鏈長度在穩(wěn)定錫基鈣鈦礦薄膜中發(fā)揮的重要作用，為進一步實現(xiàn)高效、穩(wěn)定且環(huán)境友好的鈣鈦礦太陽能電池提供了有價值的參考。(陳振鵬 記者 盛利)
關鍵詞： 綠色鈣鈦礦太陽能電池
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