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我校霍夫曼先進材料研究院在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展

發布(bu):2021-12-30

近(jin)日(ri),我(wo)校霍夫(fu)曼先進(jin)(jin)材(cai)(cai)料(liao)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)院諾獎團(tuan)(tuan)隊在(zai)(zai)利用高(gao)能同步輻(fu)射(she)(she)對鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱的(de)形成(cheng)機理研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)領域(yu)取得重要進(jin)(jin)展:研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)團(tuan)(tuan)隊采用高(gao)能掠入(ru)射(she)(she)角X射(she)(she)線衍射(she)(she)實時表(biao)征(zheng)了在(zai)(zai)三維鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)表(biao)面(mian)通過(guo)旋涂長(chang)鏈有機銨(an)鹽(yan)溶液法所(suo)制備(bei)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱形成(cheng)過(guo)程,明(ming)確了與(yu)長(chang)鏈有機銨(an)分子(zi)發生反(fan)應的(de)反(fan)應物(wu);并通過(guo)追(zhui)蹤反(fan)應產物(wu)在(zai)(zai)熱退火前后的(de)晶(jing)體(ti)結構(gou)演變,探(tan)究(jiu)(jiu)(jiu)了鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱形成(cheng)過(guo)程的(de)具體(ti)路徑。這(zhe)一(yi)(yi)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)成(cheng)果發表(biao)在(zai)(zai)材(cai)(cai)料(liao)領域(yu)國際(ji)頂尖期刊《先進(jin)(jin)材(cai)(cai)料(liao)》(Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202006238)上,論文第(di)一(yi)(yi)作者為霍夫(fu)曼先進(jin)(jin)材(cai)(cai)料(liao)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)院胡漢林副(fu)教授,深圳職業技術學(xue)院為論文第(di)一(yi)(yi)完(wan)成(cheng)單位(wei)。

有(you)機(ji)(ji)-無(wu)機(ji)(ji)雜化(hua)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)太(tai)(tai)陽能電(dian)池,因(yin)(yin)其(qi)優異的(de)(de)(de)(de)(de)光電(dian)轉換(huan)效率(lv)(經認(ren)證的(de)(de)(de)(de)(de)單結(jie)小面(mian)積有(you)機(ji)(ji)-無(wu)機(ji)(ji)雜化(hua)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)太(tai)(tai)陽能電(dian)池效率(lv)已達(da)25.5%)、較低的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)以及(ji)優良(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)力學柔(rou)性(xing)等(deng)特點,在(zai)新能源(yuan)領域(yu)展(zhan)現(xian)出了(le)(le)巨大的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)前景。而基于ABX3傳統三(san)維(wei)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)材料由于自身的(de)(de)(de)(de)(de)離(li)子遷移,以及(ji)在(zai)外界光、熱、水等(deng)因(yin)(yin)素下很容(rong)易(yi)被(bei)破壞,面(mian)臨著長期穩(wen)定性(xing)差的(de)(de)(de)(de)(de)問題,嚴重(zhong)制(zhi)約(yue)了(le)(le)其(qi)實際應(ying)用(yong)。科學工作者創新地通過鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子阱(jing)(jing)修飾傳統的(de)(de)(de)(de)(de)三(san)維(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)方(fang)法來制(zhi)備具有(you)量(liang)(liang)子阱(jing)(jing)/三(san)維(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)復合結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)陽能電(dian)池,使得所制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)器件(jian)具有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)輻照、耐(nai)高溫和耐(nai)濕度特性(xing)。現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)報道主要集中在(zai)器件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)效率(lv)和穩(wen)定性(xing),但(dan)對于量(liang)(liang)子阱(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)機(ji)(ji)理(li)卻鮮有(you)報道,尤其(qi)是對在(zai)不同(tong)條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)(liang)子阱(jing)(jing)生長機(ji)(ji)理(li)并(bing)不清楚。

為此,我校研(yan)究團隊(dui)采用(yong)高(gao)能同步輻射掠入射角X射線衍射實時表征(zheng)了(le)(le)在(zai)三維(wei)(wei)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)表面通過旋涂長(chang)(chang)鏈(lian)有(you)機銨鹽溶液(ye)法(fa)所制(zhi)備鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱(jing)形成過程,在(zai)了(le)(le)解鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)生(sheng)長(chang)(chang)機理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下,研(yan)究了(le)(le)不同反(fan)應條件(jian)對鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)純度和取向有(you)序(xu)性產(chan)生(sheng)影(ying)響。該項(xiang)成果從化(hua)學反(fan)應的(de)(de)(de)(de)機理(li)(li)(li)(li)上(shang)(shang)確(que)定了(le)(le)與長(chang)(chang)鏈(lian)分子(zi)反(fan)應的(de)(de)(de)(de)反(fan)應物,明確(que)了(le)(le)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)形成機理(li)(li)(li)(li),探(tan)究了(le)(le)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)量(liang)子(zi)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)調(diao)控與器(qi)件(jian)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)以及穩定性的(de)(de)(de)(de)本(ben)(ben)質(zhi)聯系(xi),并指(zhi)出(chu)了(le)(le)有(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)調(diao)控手(shou)段,建立(li)了(le)(le)量(liang)子(zi)阱(jing)/三維(wei)(wei)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)復(fu)(fu)合(he)結構薄(bo)膜最基礎理(li)(li)(li)(li)論(lun)依據。鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)優越的(de)(de)(de)(de)材料性能預示著理(li)(li)(li)(li)論(lun)上(shang)(shang)它具備打破現(xian)有(you)傳(chuan)統光(guang)伏格局的(de)(de)(de)(de)能力,目前科研(yan)領域(yu)正在(zai)關注單(dan)結鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)電池的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)、穩定性和降低鉛污染,有(you)初創企業推出(chu)的(de)(de)(de)(de)單(dan)結組(zu)件(jian)能量(liang)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)已(yi)超過17%,接近(jin)多晶硅(gui)組(zu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv),并且理(li)(li)(li)(li)論(lun)成本(ben)(ben)更(geng)低。本(ben)(ben)研(yan)究工作針對傳(chuan)統三維(wei)(wei)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)光(guang)伏器(qi)件(jian)穩定性差的(de)(de)(de)(de)特點,從成膜機理(li)(li)(li)(li)上(shang)(shang)提(ti)出(chu)了(le)(le)量(liang)子(zi)阱(jing)/三維(wei)(wei)鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)復(fu)(fu)合(he)結構的(de)(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)調(diao)控手(shou)段,有(you)望(wang)從根本(ben)(ben)上(shang)(shang)提(ti)高(gao)器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命,降低器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備成本(ben)(ben),為工業化(hua)生(sheng)高(gao)效(xiao)(xiao)穩定鈣(gai)(gai)(gai)(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)太(tai)陽能電池提(ti)供了(le)(le)新的(de)(de)(de)(de)技(ji)術途(tu)徑。

Advanced Materials是材(cai)料學(xue)科(ke)(ke)世界頂尖期刊,在國際材(cai)料領域享譽盛名,當前影響因子27.39。該研(yan)究(jiu)工作受到國家自然科(ke)(ke)學(xue)基金委(wei)、深(shen)圳市(shi)科(ke)(ke)創委(wei)以及深(shen)圳職業技(ji)術(shu)學(xue)院(yuan)的資助(zhu)。

(霍夫曼先進材料研究院)

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