2016年7月7日
科学家们洛斯阿拉莫斯国家实验室，莱斯大学和西北大学一直致力于提高钙钛矿晶体在蓬勃发展的太阳能产业中的应用。这项计划是通过修改他们的晶体制造技术，并生产出一种新的二维层状钙钛矿，与之前的材料转换效率不同，这种材料具有非凡的强度和更高的功率转换能力。
三种由二维钙钛矿制成的大面积太阳能电池。左图为室温铸膜;中上方是带隙有问题的样品，右侧是能量性能最好的热铸样品。(资料来源:洛斯阿拉莫斯国家实验室)
“20多年来，晶体的取向一直是个谜，而这是我们第一次能够在实际铸造过程中翻转晶体，”莱斯大学毕业生、洛斯阿拉莫斯大学学生蔡新涵说。蔡新汉(hsin Tsai)与阿迪亚·莫海特(Aditya Mohite)合作，后者是一名高级研究员，也是一项研究的主要合著者，该研究将发表在《自然》(Nature)杂志上。“这是我们的突破，使用我们的旋转铸造技术，创造出分层晶体，其电子垂直向下流动的材料，而不会被有机阳离子阻挡，中间层。”
这项研究是Alamos开展多学科研究任务的一部分，这将有助于加强整个国家的能源安全。这项工作还包括分析不同的能源。
这种二维材料最初是在西北大学开发的，在那里，Charles E.和Emma H. Morrison化学教授Mercouri G. Kanatzidis和Costas Stoumpos博士开始分析一种有趣的二维材料，使其层垂直于基材。
二维钙钛矿开辟了钙钛矿研究的新方向。它为下一代稳定的太阳能电池设备和新型光电设备(如发光二极管、激光和传感器)开辟了新的领域。这是一种协同作用，在我们的机构之间，西北大学的材料设计团队设计和制备了高质量的材料样品，并表明了它们的前景，以及洛斯阿拉莫斯团队在制造太阳能电欧洲杯足球竞彩池和优化它们的高性能方面的优秀技能之间，有非常强的协同作用。
Mercouri G. Kanatzidis，西北大学化学教授
洛斯阿拉莫斯论文的合著者聂万义注意到这一点“与现有的三维有机-无机晶体相比，新的二维钙钛矿在持续光照和暴露在空气中都更高效、更稳定。”
我们面临的挑战是要发现一种比3d钙钛矿工作方式更出色的材料。3d钙钛矿具有非凡的光物理特性和超过20%的能量转换能力，但在光、热和湿度的压力测试中仍然存在质量差的问题。
洛斯阿拉莫斯团队的早期研究提供了对三维钙钛矿性能恢复的认识，在黑暗空间中给予小的暂停，并通过转移到更强的二维方法，团队获得了改进的结果。
西北大学研究小组早些时候研究的二维晶体在有机阳离子撞击层之间的夹心空间时失去了能量，由于晶体的平面外排列，使细胞的转换效率降至4.73%。然而，使用热铸法生产更流线型、垂直排列的二维材料似乎消除了缺口。目前二维材料已达到12%的生产率。
我们寻求生产单晶薄膜，不仅适用于光伏，而且适用于高效率发光应用，使我们能够与现有技术竞争。
Aditya Mohite，洛斯阿拉莫斯国家实验室高级研究员