近年来，由于卤化物钙钛矿等光收集材料的出现，太阳能电池的效率大幅提高，但大规模可靠地生产这些材料的能力仍然是一个挑战。
由莱斯大学化学和生物分子工程师Aditya Mohite和西北大学、宾夕法尼亚大学和雷恩大学的合作者开发的一种工艺，通过控制结晶过程的温度和持续时间，可以产生理想厚度和纯度的二维钙钛矿基半导体层。
该过程被称为动能控制空间约束，可以帮助提高稳定性并降低基于卤化物钙钛矿的新兴技术(如光电子和光伏)的成本。
“生产层厚度大于2的二维钙钛矿晶体(或量子阱厚度，也称为'n值')是一个主要的瓶颈，”赖斯大学乔治·r·布朗工程学院的博士生金侯说，他是发表在《自然合成》杂志上的一项关于该过程的研究的主要作者。“高于4的n值意味着材料具有更窄的带隙和更高的导电性——这是电子设备应用的关键因素。”
当原子或分子形成晶体时，它们将自己排列成高度有序的规则晶格。例如，冰有18种可能的原子排列或相。像冰中的氢原子和氧原子一样，构成卤化物钙钛矿的粒子也可以形成多种晶格排列。由于材料的性质是相依赖的，科学家们的目标是合成二维卤化物钙钛矿层，在整个过程中只表现出单相。
然而，问题在于传统的高n值二维钙钛矿合成方法会产生不均匀的晶体生长，从而影响材料的性能可靠性。
“在传统的二维钙钛矿合成方法中，由于缺乏对结晶动力学的控制，你会得到混合相的晶体，这基本上是温度和时间之间的动态相互作用，”侯说。“我们设计了一种方法来减缓结晶，并逐渐调整每个动力学参数，以达到相纯合成的最佳点。”
除了设计一种可以实现二维卤化物钙钛矿n值逐渐增加的合成方法外，研究人员还通过表征、光谱学和机器学习创建了该过程的图(相图)。
“这项工作推动了高量子阱二维钙钛矿合成的界限，使它们成为各种应用的可行和稳定的选择，”侯说。
“我们已经开发了一种新方法来提高晶体的纯度，并解决了该领域长期存在的问题，即如何接近高n值，相纯晶体合成，”化学和生物分子工程，材料科学和纳米工程副教授Mohite说，他的实验室开创了各种方法来改善卤化物钙钛矿半导体的质量和性能，从校准结晶的初始阶段到微调溶剂设计。
Mohite补充说:“这项研究突破对于二维钙钛矿的合成至关重要，它是实现太阳能电池和许多其他光电器件应用以及基本光物质相互作用的商业相关稳定性的关键。”
更多信息:侯瑾等，量子阱厚度递进变换制备二维钙钛矿晶体，Nature Synthesis(2023)。DOI: 10.1038/s44160-023-00422-3期刊信息:Nature Synthesis
莱斯大学提供
引用:突破性合成方法提高太阳能电池稳定性(2023,10月26日)2023年10月26日检索自https://techxplore.com/news/2023-10-breakthrough-synthesis-method-solar-cell.html本文档
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