黄维院士/陈永华教授团队《Nat. Energy》：新型高效钙钛矿太阳能电池应用

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来源：南京工业大学IAM

近年来，二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿材料由于其优越的稳定性和光电性能而成为钙钛矿太阳能电池的研究热点。目前，基于液相法制备的二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿薄膜均由多相混合量子阱结构（multiple quantum wells, MQW）组成，即目标量子阱结构与实际获得的相结构有很大不同。尽管钙钛矿前驱体溶液是严格按照化学计量比的方式配置，也难以在沉积的过程中直接形成目标设计的纯相量子阱薄膜。薄膜中夹杂的其他多相钙钛矿成分对钙钛矿器件的性能和稳定性都有极大的负面影响。同时，二维本征结构的光物理性质被其他混杂相尤其是三维相所掩盖。研究人员一直致力于制备纯相二维钙钛矿薄膜（phase-pure QW），但是到目前为止还无法实现。

针对这一世界性科学难题，南京工业大学先进材料研究院黄维院士团队陈永华教授与澳门大学应用物理及材料工程研究院邢贵川教授合作，在世界上首次报道了一系列不同量子阱宽度的纯相二维Ruddlesden-Popper钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池应用。合作团队创新性地使用一种离子液体有机胺盐（butylammonium acetate，BAAc, 乙酸丁胺），实现前驱体溶液离子配位和分子间相互作用有效调控，获得择优生长的微米级二维层状钙钛矿晶体，实现了有效的载流子分离和电荷传输，最终得到了优异的太阳能电池光电转换效率。同时，纯相量子阱结构使得二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿太阳能电池的稳定性显著提高。该方法成功地为二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿光电器件的性能和稳定性进一步提升提供了新思路，为探索二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿本征光物理性质提供了可能，在这一领域取得了重大创新性突破。

使用传统的碘化丁胺（BAI）和乙酸丁胺（BAAc）离子液体作为间隔阳离子源实现不同量子阱宽度的二维层状钙钛矿薄膜的光学性能表征（瞬态吸收光谱a，b；稳态吸收光谱c，d；稳态荧光光谱e，f）和结构示意图（g，h）

相关研究成果于2020年11月10日以“Two-dimensional Ruddlesden-Popper layered perovskite solar cells based on phase-pure thin films”为题发表于世界顶尖科技期刊—Nature Energy（《自然•能源》），文章全文具体内容详见原文 (DOI：10.1038/s41560-020-00721-5。合作团队的梁超、顾浩和夏英东为该论文的共同第一作者，陈永华教授、邢贵川教授和黄维院士为该论文的共同通讯作者。)

链接：

https://www.nature.com/articles/s41560-020-00721-5

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