二維鈣鈦礦因其本征結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而具備卓越的環(huán)境濕度穩(wěn)定性，使其在新型光伏領(lǐng)域中具備巨大的潛力。然而，制備均勻的相分布薄膜以實現(xiàn)相與相的高效能量轉(zhuǎn)移仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。因此，迫切需要探索在二維鈣鈦礦中如何實現(xiàn)多尺度均勻的相分布的薄膜，進而構(gòu)筑更高效的太陽能電池。

針對以上均勻相分布的薄膜制備難題，西安交通大學(xué)電子與信息學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院郗俊特聘研究員及其合作者研究了基于咔唑衍生物系列的自組裝分子（SAMs）作為非聚合物空穴選擇性接觸層對無甲胺（MA）組分的RP相二維鈣鈦礦薄膜的晶體生長模型、空間多尺度結(jié)構(gòu)以及形成能譜的影響。這種SAM層傾向于與較大的晶體疇形成有序橫向排列，從而促進了二維鈣鈦礦的晶體生長。更重要的是，在SAM層上生長的二維鈣鈦礦薄膜呈現(xiàn)出長程空間有序的二維/三維異質(zhì)性，其中不同的二維相（n = 2和3）在則表現(xiàn)為短程緊密耦合。此外，這種合理的異質(zhì)結(jié)構(gòu)與有序的界面接觸相協(xié)同，可實現(xiàn)更有效的能量轉(zhuǎn)移，從而有助于提高激子的輻射復(fù)合和抑制非輻射復(fù)合。論文提出的這種基于SAM的相關(guān)成膜機理可用于不同的二維鈣鈦礦組分器件、大面積器件、柔性器件。最后，作者在優(yōu)化后的SAM的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑了RP相二維鈣鈦礦（n = 5）太陽能電池，其最高效率達到了18.85%（第三方權(quán)威機構(gòu)認證效率為 18.19%）。同時，該器件濕熱性和工作穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于對照組器件（使用PTAA聚合物選擇性接觸層）。

該項工作近期以《自組裝分子促進有序空間異質(zhì)性以實現(xiàn)高效Ruddlesden-Popper相鈣鈦礦太陽能電池》（Self-assembled molecules fostering ordered spatial heterogeneity for efficient Ruddlesden-Popper perovskite solar cells）為題，發(fā)表于國際頂級能源類期刊《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）。團隊博士生郭威為論文第一作者，西安交通大學(xué)郗俊特聘研究員為第一通訊作者，吳朝新教授與董化副教授作為共同通訊作者參與指導(dǎo)，西安交通大學(xué)為第一作者與通訊作者單位。此外，復(fù)旦大學(xué)楊迎國研究員也參與了該工作。該工作得到了國家自然科學(xué)基金，陜西省重點研發(fā)計劃和西安交通大學(xué)青年拔尖人才支持計劃的資助，以及西安交通大學(xué)分析測試中心的支持。

郗俊研究員團隊長期研究低維鈣鈦礦光電器件，低維鈣鈦礦單晶以及材料微觀結(jié)構(gòu)-宏觀性能內(nèi)在聯(lián)系等，近期有多項重要成果發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會》（Journal of the American Chemical Society）、《先進材料》（Advanced Materials）、《ACS能源快報》（ACS Energy Letters）、《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）、《納米能源》（Nano Energy）等國際頂級期刊。

論文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202401303

更多研究內(nèi)容參見郗俊老師主頁：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xi_jun/home