突破性的合成方法提高了太阳能电池的稳定性

近年来，由于卤化物钙钛矿等光捕获材料的出现，太阳能电池的效率大幅上升，但大规模可靠生产它们的能力仍然是一个挑战。

莱斯大学化学和生物分子工程师AdityaMohite与西北大学、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，产生具有理想厚度和纯度的二维钙钛矿半导体层。

该过程被称为动力学控制空间限制，有助于提高光电子和光伏等基于卤化物钙钛矿的新兴技术的稳定性并降低成本。

“生产层厚度(或量子阱厚度，也称为‘n值’)大于2的二维钙钛矿晶体是一个主要瓶颈，”博士后JinHou说。莱斯大学乔治布朗工程学院的学生，他是《自然综合》杂志上发表的有关该过程的研究的主要作者。“n值高于四意味着材料具有更窄的带隙和更高的电导率——这是在电子设备中应用的关键因素。”

当原子或分子形成晶体时，它们会自行排列成高度组织化的规则晶格。例如，冰有18种可能的原子排列或相。与冰中的氢原子和氧原子一样，构成卤化物钙钛矿的颗粒也可以形成多种晶格排列。由于材料特性与相相关，科学家们的目标是合成仅呈现单相的二维卤化物钙钛矿层。

然而问题在于，高n值二维钙钛矿的传统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，而结晶动力学基本上是温度和时间之间的动态相互作用，因此会得到混合相的晶体，”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，以达到纯相合成的最佳点。”

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)。

“这项工作突破了更高量子阱二维钙钛矿合成的界限，使其成为各种应用的可行且稳定的选择，”侯说。

化学与生物分子工程副教授Mohite表示：“我们开发了一种提高晶体纯度的新方法，并解决了该领域长期存在的如何实现高n值、纯相晶体合成的问题。”以及材料科学和纳米工程，其实验室开创了各种提高卤化物钙钛矿半导体质量和性能的方法，从校准结晶的初始阶段到微调溶剂设计。

Mohite补充道：“这项研究突破对于二维钙钛矿的合成至关重要，二维钙钛矿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。”

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