發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽能產業(yè)的研究熱點。而這次美國的研究人員利用自旋鑄造技術制備了二維鈣鈦礦晶體，它又會給我們帶來怎樣的驚喜？


上圖為用二維鈣鈦礦材料制作三種大面積太陽能電池：左邊的是室溫鑄造薄膜；中間偏上的是有問題的帶隙樣本；右邊的是具有最佳能量性能的熱鑄試樣。

為了使鈣鈦礦晶體更實用于新興的太陽能產業(yè)，來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室、西北大學和萊斯大學的研究人員調整了晶體的生產方法，開發(fā)出一種新型的二維層狀鈣鈦礦，它具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，且其功率轉換效率是之前的三倍多。萊斯大學的一位研究生HsinhanTsai解釋說，晶體取向二十多年來一直是個謎，這是我們第一次在實際鑄造過程中翻轉晶體，這是我們的重大突破，使用自旋鑄造技術來創(chuàng)建層狀晶體，垂直于材料的電子流未被有機陽離子封鎖。HsinhanTsai在洛斯阿拉莫斯國家實驗室協(xié)助高級研究員AdityaMohite工作，并領導一個合作項目，該項目成果定于本周發(fā)布在Nature雜志上。

本研究是洛斯阿拉莫斯任務的一部分，包括為加強國家能源安全而開展的多學科研究，該任務還包括探索可替代能源來源。關于二維材料的制造，最初在西北地區(qū)，化學系教授MercouriG.Kanatzidis、CharlesE.、EmmaH.Morrison和CostasStoumpos博士已探索一個有趣的二維材料，將膜定位于垂直襯底的位置。Kanatzidis解釋說，二維鈣鈦礦在鈣鈦礦研究中開辟了一個新的維度，并為新一代穩(wěn)定的太陽能電池器件和新的光電器件如發(fā)光二極管、激光器和傳感器等開辟了新的方向。

Kanatzidis解釋說，這是協(xié)同作用的結果，我們的研究機構之間有著非常強大的協(xié)同作用，西北大學的材料設計團隊設計并制備了該材料的高質量樣本，試驗表明該材料是非常有前景的。生產太陽能電池的阿拉莫斯團隊有著高超的技能，優(yōu)化電池使其具有更好的性能。在阿拉莫斯團隊中，論文的另一個合著者WanyiNie表示，與現(xiàn)有的三維有機-無機晶體相比，新的二維鈣鈦礦在恒定的光照且暴露在空氣中時顯得更高效、更穩(wěn)定。

目前面臨的挑戰(zhàn)是找到比三維鈣鈦礦性能更好的材料，它需要有優(yōu)良的光學性能、優(yōu)于之前材料20%的功率轉化效率。但在光、濕度和加熱條件下進行的應力測試中，如何提高材料的性能，仍是需要解決的問題。洛斯阿拉莫斯團隊之前的工作，對三維鈣鈦礦效率恢復進行了深入觀察。在沒有光照時會超時一點，而轉向更具彈性的二維材料時，會得出更好的結果。

在之前的二維晶體研究中，由于晶體的平面排列，當有機陽離子擊中層之間的空隙時，電池的轉化效率下降到4.73%，因此西北大學失去了研究的動力。但應用熱鑄造技術來創(chuàng)建更為線形、垂直排列的二維材料時，似乎消除了層之間的空隙，目前的轉化效率達到12%。本項目的首席研究員Mohite說道，我們嘗試生產單晶薄膜，不僅與光電子器件有關，而且和高效發(fā)光的應用程序也有很大關系，單晶薄膜使我們在當前的技術條件下有更強的競爭力。