二維Ruddlesden-Popper (RP) 型雜化鈣鈦礦半導體, 因其優異的穩定性和光電性能, 得到了該領域科研人員的廣泛關注. 中國科學院大連化學物理研究所博士研究生張旭等在薄膜矽太陽電池研究組 (DNL1606) 研究員劉生忠和陝西師範大學教授趙奎指導下, 在二維鈣鈦礦結晶動力學研究中取得新進展, 相關研究成果發表在《先進材料》 (Advanced Materials) 上.
該研究利用高能同步輻射技術, 通過即時追蹤二維鈣鈦礦前驅體溶液反應形成固態薄膜這一過程中的相轉變行為, 研究了基底溫度和溶劑性質對二維鈣鈦礦結晶動力學, 薄膜相純度, 量子阱排列取向和光伏性能的影響. 科研人員發現, 二維鈣鈦礦相純度和晶體取向的有序性降低, 主要是由於前 '驅體-溶劑' 這一中間態形成時, 鈣鈦礦的成核能壘的增加導致的. 因此, 基底誘導二維鈣鈦礦的成核生長, 是形成高質量鈣鈦礦薄膜的關鍵. 科研人員通過基底誘導結晶, 抑制前 '驅體-溶劑' 中間態的形成, 促使二維量子阱採取了垂直取向, 使其在熱力學上更加穩定, 並且進一步提高了晶體相純度. 由於高質量鈣鈦礦薄膜可大幅提高太陽電池的光電轉化效率, 因此該研究為製備高質量低維鈣鈦礦薄膜以及高性能光電器件提供了理論根據, 將有助於推動鈣鈦礦太陽電池進一步走向商業應用.
上述研究工作分別得到國家重點研發計劃, 國家自然科學基金, 中央高校基金, 教育部 '111引智計劃' , '千人計劃' 項目的資助以及康奈爾大學高能同步輻射光源的幫助.
