【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院物質(zhì)非平衡合成與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊志懋教授團(tuán)隊(duì)劉曉龍?zhí)仄秆芯繂T，聯(lián)合華僑大學(xué)魏展畫教授團(tuán)隊(duì)、山東大學(xué)陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)及中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、曲阜師范大學(xué)等單位，在純相準(zhǔn)二維(Q-2D)與甲脒基三維(FA-3D)錫基鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的制備與光電性能研究方面取得階段性進(jìn)展。相關(guān)成果以《晶體預(yù)溶解法制備多種純相Q-2D與FA-3D錫基鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)》(Crystal Pre-Dissolved Method Fabricates Diverse Phase-Pure Q-2D and FA-3D Tin-Based Perovskite Heterojunctions)為題近日在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)發(fā)表。
 

　　錫基鈣鈦礦因其環(huán)境友好、吸收范圍寬、載流子遷移率高等優(yōu)勢(shì)，被視為最具前景的無鉛鈣鈦礦光伏材料之一。其中，甲胺基(MA)錫基鈣鈦礦在理論效率上優(yōu)于甲脒基(FA)體系，但其穩(wěn)定性低、重復(fù)性差，長(zhǎng)期制約器件發(fā)展。準(zhǔn)二維(Q-2D)錫基鈣鈦礦雖在穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢(shì)，卻因不同n值的形成能相近，純相薄膜制備困難，器件性能長(zhǎng)期落后于三維體系。
 

　　針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于預(yù)合成多晶材料的降溫生長(zhǎng)方法，成功制備了MA-3D、FA-3D及BEA-2D錫基鈣鈦礦多晶材料與塊狀單晶(圖1)，并以此為基礎(chǔ)配制高純度、高穩(wěn)定性的前驅(qū)體溶液。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了單體混合物、MASnI3晶體、BEASnI4晶體、MASnI3+BEASnI?混合晶體以及BEAMA3Sn4I13晶體的前驅(qū)體溶液在組分、穩(wěn)定性與潤(rùn)濕性方面的差異，發(fā)現(xiàn)采用BEAMA3Sn4I13晶體制備的前驅(qū)體溶液具有最優(yōu)的穩(wěn)定性，在手套箱中放置一個(gè)月仍保持穩(wěn)定。
 

　　在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了余熱輔助旋涂法，利用晶體預(yù)溶解前驅(qū)體溶液制備出純相MA-Q-2D(n=4)錫基鈣鈦礦薄膜，該薄膜具有大晶粒、致密表面、取向一致、高結(jié)晶度等優(yōu)勢(shì)，在氬氣手套箱中可保持相純度至少一個(gè)月。隨后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建了多種純相MA-Q-2D(n=2、3、4)/FA-3D異質(zhì)結(jié)薄膜，其中MA-Q-2D(n=2)/FA-3D異質(zhì)結(jié)展現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)晶性的同時(shí)，抑制了載流子的非輻射復(fù)合，相比純相FA-Q-2D(n=2)/FA-3D及FA-3D鈣鈦礦，具有更優(yōu)的載流子性能(圖2)。
 

　　基于該異質(zhì)結(jié)，團(tuán)隊(duì)制備了純相MA-Q-2D(n=2)/FA-3D錫基鈣鈦礦太陽能電池，相比純FA-3D器件，其光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)與穩(wěn)定性均顯著提升。其中，MA-Q-2D(n=2)/FA-3D異質(zhì)結(jié)器件實(shí)現(xiàn)了14.33%的光電轉(zhuǎn)換效率，開路電壓達(dá)0.80 V，優(yōu)于FA-Q-2D(n=2)/FA-3D器件的13.16%和0.74 V，且遲滯現(xiàn)象可忽略。在空氣環(huán)境(相對(duì)濕度低于30%)下，封裝器件在3000小時(shí)內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。該結(jié)果被認(rèn)為是MA基錫基鈣鈦礦光伏器件領(lǐng)域的重要突破。
 

　　西安交通大學(xué)物理學(xué)院為該論文第一完成單位，西安交通大學(xué)物理學(xué)院碩士生李茹、華僑大學(xué)陳靜甫、廣東以色列理工學(xué)院宋杰武為共同第一作者，劉曉龍?zhí)仄秆芯繂T、田成波教授、楊生春教授、楊志懋教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、教育部“111”計(jì)劃、陜西省自然科學(xué)基金、陜西省數(shù)理研究院研究計(jì)劃、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
 

　　引用：【科技自立自強(qiáng)】西安交大物理學(xué)院劉曉龍?zhí)仄秆芯繂T等在純相Q-2D/FA-3D錫基鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)研究方面取得階段性進(jìn)展-西安交通大學(xué)【引用時(shí)間：2026年10月14日】