日前,中南大學物理與電子學院、先進材料超微結構與超快過程研究所袁永波教授課題組在國際一流期刊《Nature Communications》上發表題為"Templated Growth of Oriented Layered Hybrid Perovskites on 3D-like Perovskites"的研究論文。中南大學為該論文第一及通訊作者單位,博士研究生王繼飛為第一作者,袁永波教授為共同通訊作者。該項目研發得到了國家自然科學基金委(51673218)及中南大學創新驅動項目的資助,中南大學先進材料超微結構與超快過程研究所何軍教授團隊在瞬態光學表徵方面的技術支持。
鈣鈦礦太陽能電池是當前研究的熱點,其商業化應用目前面臨穩定性的瓶頸。準2D鈣鈦礦是在傳統3D雜化鈣鈦礦結構中插入較大體積的有機分子,將鈣鈦礦無機層撐開形成周期性的量子阱結構而成。層間的疏水性大體積有機分子可有效阻擋水分子對鈣鈦礦結構的破壞,同時提高材料的熱穩定性,而另一方面準2D鈣鈦礦中更低的離子遷移趨勢也有利於提升材料電學穩定性。因此,開發高效率的準2D鈣鈦礦電池為解決鈣鈦礦太陽能電池穩定性提供了一個重要思路。但是,層間有機分子導電性不佳,嚴重影響載流子的傳輸。相比於3D鈣鈦礦,控制準2D鈣鈦礦晶體的形核與結晶行為,使其自發垂直基底取向尤為重要。深入理解成膜動力學過程,建立晶體調控的通用策略是獲得高效率電池的重要途徑。
袁永波教授課題組發表的最新研究成果深入研究了準2D鈣鈦礦的形核、晶粒取向和形貌演變行為,闡明瞭提升準2D鈣鈦礦結晶質量並調控晶粒取向的通用策略。
此外,該研究首次證實3D鈣鈦礦表面可作為準2D鈣鈦礦形核和外延生長的模板,同時解釋了高層數準2D鈣鈦礦晶粒的垂直取向行為和低層數2D鈣鈦礦的面內優勢取向行為,澄清了國際上關於準2D鈣鈦礦晶體生長的若干問題
袁永波教授課題組瞄準國際科技前沿,目前組內包括教授1人、講師1人,博士後1人,碩士、博士研究生12人。研究內容包含物理、材料科學、能源領域的熱點方向,如:太陽能電池、柔性電子器件、新型光電探測器。相關研究面向國家解決能源問題、信息化問題的重大戰略需求。
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部分素材來源:中南大學新聞網、中南大學物理與電子學院官網