近日，大連化物所博士研究生張旭等研究二維Ruddlesden-Popper(RP)型雜化鈣鈦礦半導(dǎo)體課題，在劉生忠研究員和陜西師范大學(xué)教授趙奎指導(dǎo)下，在二維鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

該研究利用高能同步輻射技術(shù)，通過實(shí)時(shí)追蹤二維鈣鈦礦前驅(qū)體溶液反應(yīng)形成固態(tài)薄膜這一過程中的相轉(zhuǎn)變行為，研究了基底溫度和溶劑性質(zhì)對二維鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、薄膜相純度、量子阱排列取向和光伏性能的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，二維鈣鈦礦相純度和晶體取向的有序性降低，主要是由于前“驅(qū)體—溶劑”這一中間態(tài)形成時(shí)，鈣鈦礦的成核能壘的增加導(dǎo)致。因此，基底誘導(dǎo)二維鈣鈦礦的成核生長，是形成高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的關(guān)鍵。

科研人員通過基底誘導(dǎo)結(jié)晶，抑制前“驅(qū)體—溶劑”中間態(tài)的形成，促使二維量子阱采取垂直取向，使其在熱力學(xué)上更加穩(wěn)定，并且進(jìn)一步提高了晶體相純度。由于高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜可大幅提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，因此該研究對制備高質(zhì)量低維鈣鈦礦薄膜以及高性能光電器件提供了理論根據(jù)，將有助于推動(dòng)鈣鈦礦太陽電池進(jìn)一步商業(yè)化。