南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院黃維院士團(tuán)隊(duì)、教授陳永華團(tuán)隊(duì)與澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院教授邢貴川合作，在世界上首次報(bào)告了一系列不同量子阱寬度的純相二維Ruddlesden-Popper（RP）層狀鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用。相關(guān)成果11月10日發(fā)表于《自然—能源》。

近年來，二維RP層狀鈣鈦礦材料由于其優(yōu)越的穩(wěn)定性和光電性能而成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點(diǎn)。目前，基于液相法制備的二維RP層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結(jié)構(gòu)（MQW）組成，即目標(biāo)量子阱結(jié)構(gòu)與實(shí)際獲得的相結(jié)構(gòu)有很大不同。盡管鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比的方式配置，也難以在沉積的過程中直接形成目標(biāo)設(shè)計(jì)的純相量子阱薄膜。薄膜中夾雜的其他多相鈣鈦礦成分對鈣鈦礦器件的性能和穩(wěn)定性都有極大的負(fù)面影響。同時(shí)，二維本征結(jié)構(gòu)的光物理性質(zhì)被其他混雜相尤其是三維相所掩蓋。研究人員一直致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜，但是一直無法實(shí)現(xiàn)。

針對這一世界性科學(xué)難題，合作團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地使用一種離子液體有機(jī)胺鹽（BAAc，乙酸丁胺），實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體溶液離子配位和分子間相互作用有效調(diào)控，獲得擇優(yōu)生長的微米級二維層狀鈣鈦礦晶體，實(shí)現(xiàn)了有效的載流子分離和電荷傳輸，最終得到了優(yōu)異的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，純相量子阱結(jié)構(gòu)使得二維RP層狀鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性顯著提高。

基于這種鈣鈦礦薄膜的太陽能電池器件實(shí)現(xiàn)了高達(dá)16.25%的功率轉(zhuǎn)換效率以及1.31 V的高開路電壓。在濕度為65±10%的環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行4680小時(shí)，在85℃的環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行558 小時(shí)，或是在連續(xù)光照1100小時(shí)后，器件的效率衰減不到10%。該研究展示的純相量子阱，有助于促進(jìn)太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件，如探測器、發(fā)光二極管、激光器等的發(fā)展。