近年來(lái)，全世界的研究人員一直在嘗試開發(fā)可從可再生資源產(chǎn)生電能的太陽(yáng)能電池和其他技術(shù)，因?yàn)樗鼈兛梢詼p少溫室氣體的排放，從而有助于保護(hù)地球上的生命。可以使用包括硅，銅或其他半導(dǎo)體的多種材料來(lái)構(gòu)造太陽(yáng)能電池。

另一類已被證明對(duì)制造太陽(yáng)能電池極有希望的材料是鈣鈦礦，鈣鈦氧化物礦物，可以從特定地理區(qū)域的地幔中提取。其中包括二維Ruddlesden-Popper(RP)鈣鈦礦，該鈣鈦礦具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)設(shè)備的環(huán)境穩(wěn)定性和光電性能，而不會(huì)顯著影響其效率。

通常，二維RP鈣鈦礦具有多個(gè)具有隨機(jī)阱寬度分布的量子阱(QW)，這會(huì)損害鈣鈦礦溶液的熱力學(xué)穩(wěn)定性。QW是薄層，其將顆粒限制在垂直于裝置中給定層的表面的尺寸(例如，在類似孔的空間中)，而不限制其他尺寸的移動(dòng)。

南京理工大學(xué)和中國(guó)其他研究所的研究人員最近使用具有相純QW和單阱寬度的2-D RP層鈣鈦礦創(chuàng)建了太陽(yáng)能電池。這些太陽(yáng)能電池發(fā)表在《自然能源》上的一篇論文中，可以實(shí)現(xiàn)卓越的功率轉(zhuǎn)換效率，隨著時(shí)間的推移，這些效率將在很大程度上得到保留。

研究人員在論文中寫道：“我們通過引入熔融鹽間隔基乙酸正丁胺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹵化物間隔基碘化正丁胺，報(bào)道了具有單孔寬度的純相量子阱。” “由于乙酸正丁胺和鈣鈦礦骨架之間的強(qiáng)離子配位，可以形成中間相均勻分布的凝膠。”

由這組研究人員設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池與過去開發(fā)的其他類似太陽(yáng)能電池之間的主要區(qū)別是引入了一層熔融鹽間隔基乙酸正丁胺，該層替代了通常用于制造太陽(yáng)能電池的鹵化物間隔基正丁基碘化碘。基于二維RP-鈣鈦礦。該新引入的層和鈣鈦礦之間的強(qiáng)離子配位最終使形成具有均勻分布的中間相的化合物制成的凝膠成為可能。

這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)可生產(chǎn)出具有垂直排列的微米級(jí)晶粒的純相量子阱膜。這些增益在其各自的中間階段結(jié)晶，這最終可能會(huì)提高太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。

在一系列初步測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們制造的太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了16.25%的功率轉(zhuǎn)換效率和1.31V的高開路電壓。此外，他們?cè)谌N不同的情況下評(píng)估了太陽(yáng)能電池：將它們?cè)跐穸葹?5±10%的環(huán)境中放置4,680小時(shí)后;在85°C下運(yùn)行558小時(shí)后;并且將它們置于連續(xù)光照下1100小時(shí)。在這三種情況下，電池效率均降低了不到10%。

這些結(jié)果表明，可以通過引入熔融鹽間隔層來(lái)克服與先前開發(fā)的基于RP鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池的QW相關(guān)的限制。將來(lái)，在最近的這篇論文中提出的獨(dú)特的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高效且穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池板或其他太陽(yáng)能設(shè)備的創(chuàng)建。

“與傳統(tǒng)的真空沉積全無(wú)機(jī)量子阱相比，雜化有機(jī)-無(wú)機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦相純量子阱具有多種改進(jìn)，包括溶液加工性，低溫制造和原子層精度，”研究人員解釋說。紙。“考慮到良好的穩(wěn)定性，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性能，我們預(yù)計(jì)純相量子阱將促進(jìn)太陽(yáng)能電池和其他基于鈣鈦礦的光電器件(例如探測(cè)器，發(fā)光二極管和激光器)的開發(fā)。”