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| 超大尺寸鈣鈦礦單晶或將改變光伏業(yè) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-11-05 10:50:32 瀏覽次數： |
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近日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員帶領(lǐng)的團隊與陜西師范大學(xué)合作，利用升溫析晶法，首次制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過(guò)2英寸，這是世界上首次報道尺寸超過(guò)0.5英寸的鈣鈦礦單晶。相關(guān)結果已在線(xiàn)發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上。有關(guān)專(zhuān)家認為，這一成果有可能推動(dòng)光電器件的新一輪革命。
超大尺寸鈣鈦礦單晶 近日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員帶領(lǐng)的團隊與陜西師范大學(xué)合作，利用升溫析晶法，首次制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體，尺寸超過(guò)2英寸，這是世界上首次報道尺寸超過(guò)0.5英寸的鈣鈦礦單晶。相關(guān)結果已在線(xiàn)發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上。有關(guān)專(zhuān)家認為，這一成果有可能推動(dòng)光電器件的新一輪革命。
太陽(yáng)能是一種能量豐富、清潔的能源，合理、有效地利用太陽(yáng)能是解決人類(lèi)能源和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。目前，對太陽(yáng)能的利用方式包括太陽(yáng)能光熱、太陽(yáng)能光伏電池、太陽(yáng)能制氫等方式。其中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)可以直接將太陽(yáng)光的能量轉換成電能，實(shí)現與當前供電網(wǎng)的無(wú)縫連接，是最便捷的太陽(yáng)能利用方式。
商用太陽(yáng)能電池產(chǎn)品已經(jīng)有超過(guò)60年的歷史并廣泛應用于很多領(lǐng)域。盡管太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的成本已經(jīng)有了大幅降低，但較其他能源供給的價(jià)格還是偏高。開(kāi)發(fā)出轉換效率高、發(fā)電成本低的太陽(yáng)能電池器件是人類(lèi)一直追尋的目標。
近年來(lái)的研究發(fā)現，具有鈣鈦礦晶體結構的甲氨基鹵化鉛材料由于具有很高的光吸收系數、很長(cháng)的載流子傳輸距離、非常少的缺陷態(tài)密度等特質(zhì)，在光伏材料、激光材料和發(fā)光材料等方面有極大的應用價(jià)值，成為國際上極為重要的研究熱點(diǎn)材料之一。目前，經(jīng)過(guò)美國國家能源部可再生能源實(shí)驗室（NREL）認證的鈣鈦礦太陽(yáng)電池光電轉換效率已經(jīng)達到20.1%，已接近單晶硅太陽(yáng)能電池的效率。同時(shí)，基于鈣鈦礦材料的激光和發(fā)光器件也有報道，顯示出鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域的廣闊應用前景。
然而，現在基于微晶或非晶薄膜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其他光電器件仍然面臨著(zhù)巨大的挑戰，如對水蒸氣敏感、對大氣、熱、紫外光等不夠穩定等。微晶鈣鈦礦薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷會(huì )造成載流子的復合，是進(jìn)一步提高太陽(yáng)能轉換效率及其他光電器件性能需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
針對上述問(wèn)題，劉生忠研究團隊研究出了大尺寸鈣鈦礦單晶生長(cháng)方法，并成功制備出超大尺寸單晶鈣鈦礦晶體，尺寸超過(guò)2英寸。
研究團隊進(jìn)一步研究發(fā)現，相較于薄膜樣品，鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結晶質(zhì)量、更好的光吸收范圍和更高的熱穩定性，并首次發(fā)現該材料在402nm處的發(fā)光峰。以上研究結果表明，這種超大尺寸的單晶體在研發(fā)高性能光電器件方面具有很大的商業(yè)應用價(jià)值。
在該論文發(fā)表的同時(shí)，《先進(jìn)材料》的一位主編對該項工作發(fā)表評論文章，給予高度評價(jià)。評論指出，該論文首次報道了尺寸大于0.5英寸的鈣鈦礦單晶，這使得直接比較多晶薄膜和單晶之間在性質(zhì)上的差異成為可能。研究結果表明，相較于多晶鈣鈦礦薄膜，采用單晶制作的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以獲得更好的光電轉換效率；同時(shí)，由于晶體的完整性和較少的缺陷，單晶器件也具有更佳的穩定性。“由于單晶材料是現代半導體工業(yè)、電子工業(yè)和光電工業(yè)的基礎，具有優(yōu)良性能的鈣鈦礦單晶材料有可能實(shí)現對多晶鈣鈦礦基器件的革新，推動(dòng)光電器件的新一輪革命。”
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