近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心周惠瓊課題組在應(yīng)力緩釋調(diào)節(jié)準二維鈣鈦礦性質(zhì)領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)研究成果以Impact of Strain Relaxation on 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells 為題，在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
鈣鈦礦太陽能電池是第三代薄膜光伏器件的代表之一，憑借優(yōu)良的光電性質(zhì)及低廉的成本獲得關(guān)注。隨著器件效率的不斷攀升，器件的穩(wěn)定性成為其商業(yè)化進程中新的掣肘。封裝保護可以有效提升器件在外應(yīng)力下的穩(wěn)定性，而鈣鈦礦材料本征的穩(wěn)定性亟待提高。
相比于傳統(tǒng)的三維鈣鈦礦，疏水的間隔陽離子的引入使準二維鈣鈦礦在穩(wěn)定性方面有所提升，但未能令人滿意。殘余應(yīng)力與鈣鈦礦的晶體學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，進而顯著的影響鈣鈦礦的光電性質(zhì)及穩(wěn)定性?？蒲袌F隊將基于XRD和AFM的殘余應(yīng)力分析引入基于不同間隔陽離子的準二維鈣鈦礦體系，并探究了間隔陽離子性質(zhì)對整體薄膜殘余應(yīng)力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在基于苯乙基銨的準二維鈣鈦礦薄膜中存在嚴重的面外方向的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致較差的薄膜結(jié)晶質(zhì)量以及在多種外界應(yīng)力下較差的穩(wěn)定性。通過引入混合間隔陽離子，相應(yīng)的準二維鈣鈦礦薄膜在面外方向的拉伸應(yīng)力被釋放。此外，由XRD峰向高角度位移以及GIWAXS積分曲線峰向高q值方向位移可知，相應(yīng)的晶格常數(shù)減小，佐證了拉伸應(yīng)力的釋放。得益于此，鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量以及載流子性質(zhì)均表現(xiàn)出明顯的提升，進而獲得了優(yōu)化的效率以及在最大功率點追蹤、85℃持續(xù)加熱、85%濕度以及85℃~ -40℃溫度循環(huán)測試中優(yōu)良的穩(wěn)定性。該研究揭示了間隔陽離子對準二維鈣鈦礦薄膜殘余應(yīng)力的影響，進而影響相應(yīng)器件在多種工作環(huán)境中的穩(wěn)定性，證明了應(yīng)力調(diào)控對鈣鈦礦本征穩(wěn)定性的重要作用，從而為進一步提升鈣鈦礦基光伏器件穩(wěn)定性提供了可行的新策略。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院科研儀器設(shè)備研制項目及中學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。
