分子铁电体驱动二维薄膜太阳能电池

二维(2D)钙钛矿薄膜具有多样的可调性、优异的光电性能和优异的长期稳定性，对钙钛矿太阳能电池的高性能具有重要意义。该研究由苏州大学苏州能源与材料创新研究院能源学院邹桂福教授牵头。

邹教授说：“实现高性能二维钙钛矿太阳能电池的最大障碍是由无机框架和有机空间层的交替排列(也称为多量子阱电子结构)引起的较差的面外电荷传输。”

“近十年来，具有钙钛矿结构的分子铁电体由于具有饱和极化强、居里温度高、多轴性、制备温度低、带隙窄等优良特性，得到了广泛的研究。分子铁电体中的极化场将大大有助于提高二维钙钛矿太阳能电池的性能。”

正如今天发表在《国家科学评论》上的一篇新论文所记载的那样，研究人员基于具有大自发极化、高居里温度和多等效铁电轴的分子铁电体制造了二维钙钛矿太阳能电池。

“这些材料的中等带隙和高吸收系数能够有效吸收可见光。此外，它们的低结晶温度使得设计具有最佳能级结构的器件成为可能，”该研究的第一作者和博士ChenWang说。.D.邹教授团队的学生。

“高居里温度、大自发极化和强残余极化确保了室温下优异的铁电性能。”

对分子铁电体光电特性的研究表明，去极化场可以影响薄膜的光致发光和界面能级。

极化后组成元素的化学环境发生变化，表明碘化铅无机骨架可能参与了极化过程。“我们希望我们的发现有助于更好地理解分子铁电体的极化过程，”Wang说。

“我们发现，极化场可以有效地分离和传输捕获在多个量子阱电子结构中的电荷，从而提高极化后的器件性能，”另一位博士说。来自邹教授团队的学生李鲁涛，新论文的共同作者。

“在一个太阳光照下，获得的二维铁电太阳能电池取得了令人印象深刻的性能，这是二维(n=1)Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池中最高的开路电压(1.29V)和最佳的效率。”

铁电光伏器件的模拟有助于了解极化影响下pin结内的空间电荷区和电势。

这项研究不仅为二维材料固有的多量子阱电子结构限制导致的面外导电性差提供了解决平台，而且展示了二维分子材料在光电子学中的应用前景。

“薄膜材料在光电和光伏领域得到广泛研究，创造理想的薄膜或超越二维薄膜材料的局限性是一项重大挑战。邹教授的创新工作将分子铁电体与钙钛矿光伏发电联系起来，克服了固有限制二维材料的多量子阱电子结构。这一突破导致了高效二维薄膜太阳能电池的展示，”英特尔公司薄膜科学家NilanJBKamathewatta博士说。

“近年来，新兴的分子铁电体以其独特而优异的性能在铁电领域展现出广阔的前景。这些令人振奋的进展使铁电研究再次成为热门话题。邹教授的工作为更深入地了解铁电的起源提供了证据。南昌大学序物质科学研究中心主任熊仁根教授说：“我相信这项研究将引起科学家对分子铁电体的更多关注，并进一步扩大其在各个领域的应用。”

“近年来，钙钛矿太阳能电池因其高功率转换效率、易于制造和可调性能而受到前所未有的关注。在邹教授的研究中，新型分子铁电体被用于制造二维钙钛矿太阳能电池。铁电体的引入改善了分离和平面外载流子的传输，从而产生出色的器件性能。此外，在分子铁电体中加入铁电体增强了内置电场，为实现高开路电压钙钛矿太阳能电池提供了创新的解决方案，”致韩国光伏学会主席JaeJoonLee教授。

研究人员致力于通过探索具有较低带隙、较高残余极化和其他有利特性的材料来提高分子铁电体的效率。

“为了在分子铁电太阳能电池中实现更好的性能，未来将更多地关注具有3D结构的低带隙分子铁电体。在这个领域还有很多有待发现，”邹教授说。

苏州大学邹桂福课题组是致力于探索薄膜材料科学新前沿的领先研究团队。除了在分子铁电材料方面的工作外，该小组还在超薄膜材料领域进行了开创性的研究。

该团队在薄膜材料方面的研究重点是开发创新方法来沉积和生长高质量薄膜，并精确控制其特性。他们研究了一系列技术来优化生长过程并改善所得薄膜的性能。

薄膜材料领域的主要成就之一是开发了生长复杂薄膜的新方法。这些薄膜的特点是具有高结晶质量和出色的导电性，使其成为电子设备和能量转换应用的理想选择。

除了对薄膜的研究外，该小组还探索了其他类型的超薄膜，例如二维薄膜和其他原子级薄膜。他们的研究导致了这些领域的许多重要发现和进步，包括对超薄膜生长机制的洞察和针对特定应用的新物理学。

总的来说，邹桂福课题组在薄膜材料方面的研究代表了对材料科学领域的重要贡献。他们的工作有助于提高我们对薄膜生长和优化的理解，并为开发新材料和新技术开辟了新的可能性。