西北工業大學兩項重要成果登上《自然》子刊

2020年02月26日12:49  來源:人民網-科技頻道
 

人民網北京2月26日電(趙竹青)近日,西北工業大學柔性電子研究院、柔性電子材料與器件工業和信息化部重點實驗室黃維院士團隊兩項成果登上《自然》子刊。

其一是黃維院士、陳永華教授團隊和吉林大學集成光電子國家重點實驗室&材料科學與工程學院張立軍教授合作,在層狀鈣鈦礦太陽能電池研究領域取得突破性進展,相關成果發表在《自然·光子學》上。其二是黃維院士團隊與帝國理工學院、阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)Thomas Anthopoulos教授合作,在有機-金屬氧化物薄膜晶體管研究領域取得重要進展,發表於《自然·電子學》。

發表在《自然·光子學》上的研究,是改進了一種重要的太陽能電池材料。據介紹,鈣鈦礦材料自身具有直接帶隙、雙極性傳輸、高吸光系數、低激子結合能、長載流子擴散距離和可溶液加工等特點,近年來取得了突飛猛進的發展。然而,鈣鈦礦材料光照、電場、溫度、水氧等條件下非常容易降解,嚴重阻礙了鈣鈦礦太陽能電池的進一步商業化。相比傳統的三維鹵化物鈣鈦礦太陽能電池材料,二維Ruddlesden–Popper(2DRP)層狀鈣鈦礦在具有優異的光穩定性和熱穩定性的同時,骨架穩定性受限,因此其薄膜質量及光生載流子的分離與傳輸特性相對不足。

針對這一科學難題,團隊提出了一種高效穩定層狀鈣鈦礦太陽能電池,創新性地引入一種含硫原子的有機胺,通過硫元素之間的相互作用實現層間相互作用有效調控,有效的增強了層間電荷傳輸並且進一步穩定了層狀鈣鈦礦骨架,制備出了效率高達18.06%(認証效率17.6)的高性能2DRP層狀鈣鈦礦太陽能電池,並大大改善了2DRP鈣鈦礦薄膜的濕、熱穩定性和器件穩定性。器件在最大功率輸出點持續標准太陽光下光照1000小時,效率衰減不到15%。

發表在《自然·電子學》上的研究,則聚焦於一種顯示器件的生產。據了解,薄膜晶體管是有源顯示驅動背板的核心器件。其中,金屬氧化物薄膜晶體管具有遷移率高、透光性好、成本低、可低溫制備等優點,應用前景巨大,但制備成本卻相對較高。近年來,溶液法作為一種工藝簡單、可實現大面積制備,並且與柔性襯底相兼容的新制備方法而備受關注。然而,由於溶液法的非化學計量性質而導致的電荷俘獲現象,使得器件存在工作穩定性差的問題,是其實現實際應用所面臨的技術瓶頸。

針對這一科學難題,合作團隊了提出了一種有機-金屬氧化物混合薄膜晶體管,其溝道由溶液法制備的氧化銦,氧化鋅納米粒子,聚合物聚苯乙烯和氧化鋅多層超薄薄膜組成。經臭氧處理后的聚合物聚苯乙烯薄膜有效地鈍化了金屬氧化物表面和異質結界面處的電子陷阱,實現了高電子遷移率及超高的工作穩定性,是目前已報道的最穩定的金屬氧化物薄膜晶體管。該研究成果為解決當前溶液法制備金屬氧化物薄膜晶體管的工作穩定性問題提供了新的思路,並有助於進一步推動薄膜晶體管在顯示領域的應用。

(責編:趙竹青、呂騫)