關(guān)于二維鈣鈦礦薄膜及其高穩(wěn)定性太陽(yáng)能電池解析

什么是二維層狀鈣鈦礦材料?隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽(yáng)能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能能發(fā)電。

近年來(lái)，二維層狀鈣鈦礦材料由于優(yōu)越的穩(wěn)定性和光電性能而成為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，基于液相法制備的二維層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結(jié)構(gòu)組成，即目標(biāo)量子阱結(jié)構(gòu)與實(shí)際獲得的多相混合量子阱結(jié)構(gòu)有很大不同，薄膜中夾雜的其他多種鈣鈦礦相成分對(duì)鈣鈦礦器件的進(jìn)一步應(yīng)用有著很大的限制。

雖然現(xiàn)在每年光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的90%以上都來(lái)自晶硅電池，但是由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)良特性眾多，越來(lái)越多的人對(duì)它青睞有加，源源不斷的人力、物力都投入到了相關(guān)研究當(dāng)中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池巨大的魅力也逐漸展現(xiàn)在了人們面前。

基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池正在快速發(fā)展到新興光伏發(fā)電的前沿，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)與太陽(yáng)能電池板中使用的成熟太陽(yáng)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)效率。朝向大規(guī)模生產(chǎn)這種新一代太陽(yáng)能電池的重要步驟是開(kāi)發(fā)有效的選擇性接觸層，其與各種基板上的鈣鈦礦層的沉積相容。

因此，科學(xué)家們長(zhǎng)期致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜并研究其對(duì)于光電性能的影響。事實(shí)上，盡管鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是嚴(yán)格按照化學(xué)計(jì)量比配置的，但仍難以在沉積的過(guò)程中直接形成目標(biāo)設(shè)計(jì)的純相量子阱薄膜。

旋涂和氣相沉積是目前用于在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中形成層的兩種主要方法。旋涂包括將液體溶液滴在紡絲表面上; 在此過(guò)程中，大量材料正在丟失。蒸汽沉積需要高溫和復(fù)雜的真空技術(shù)，此外，并非所有分子都適合蒸發(fā)。

合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新性地使用一種離子液體有機(jī)胺鹽替代傳統(tǒng)的鹵素有機(jī)鹽，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(zhǎng)的微米級(jí)二維層狀鈣鈦礦薄膜，而且可實(shí)現(xiàn)有效的層間電荷傳輸，具有優(yōu)異的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中常用的光吸收層物質(zhì)是甲氨鉛碘(CH3NH3PbI3)，由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無(wú)機(jī)的成分，又含有有機(jī)分子基團(tuán)，所以人們也將這類太陽(yáng)能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

當(dāng)涉及到下一代太陽(yáng)能電池時(shí)，鈣鈦礦已成為一種令人興奮的材料，但它們并非沒(méi)有問(wèn)題。雖然它們?cè)谛噬峡赡苡泻艽蟮娘w躍，但事實(shí)證明，保持電池的所有元素穩(wěn)定和工作秩序是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。澳大利亞的科學(xué)家們偶然發(fā)現(xiàn)了解決其中一個(gè)關(guān)鍵原因的方法，他們發(fā)現(xiàn)可以利用高強(qiáng)度光來(lái)避免通常困擾電池性能的變形。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池之所以被視為如此有前景，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谵D(zhuǎn)換效率方面很快就能與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相媲美。經(jīng)過(guò)10年左右的發(fā)展，這些電池的效率已經(jīng)超過(guò)20%，在同時(shí)采用硅和鈣鈦礦的串聯(lián)設(shè)計(jì)中，效率甚至高達(dá)27.7%。這項(xiàng)新研究的重點(diǎn)是一種利用被稱為混合鹵化物鈣鈦礦的一類材料制成的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，與之前的設(shè)計(jì)相比，這種材料具有更好的耐濕性和高溫性等，被譽(yù)為光伏領(lǐng)域的 "范式轉(zhuǎn)變"。但混合鹵化物鈣鈦礦也并非沒(méi)有穩(wěn)定性問(wèn)題，經(jīng)常會(huì)遇到所謂的光誘導(dǎo)相分離。

據(jù)外媒報(bào)道，鈣鈦礦正在迅速成為高效太陽(yáng)能電池的領(lǐng)跑者，但它有一個(gè)非常明顯的問(wèn)題--太過(guò)脆弱。現(xiàn)在，來(lái)自普渡大學(xué)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加一個(gè)大分子可以穩(wěn)定這種材料，使其可以堆疊成層并在太陽(yáng)能電池和其他電子產(chǎn)品中發(fā)揮作用。傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池是由活動(dòng)層中的硅制成，經(jīng)過(guò)幾十年的改進(jìn)，這些設(shè)備的效率已經(jīng)達(dá)到了20%以上。而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池僅用了10年時(shí)間就達(dá)到了同樣的水平。當(dāng)硅和鈣鈦礦搭配使用時(shí)，其效率可以高達(dá)27.7%。

以上就是二維層狀鈣鈦礦材料解析。目前太陽(yáng)能還未能更好被人類利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。