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有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能，成為近年來(lái)光電功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而高光捕獲效率和高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜是提高器件性能的關(guān)鍵。由于鈣鈦礦材料具有高的光吸收系數(shù)，這需要通過(guò)設(shè)計(jì)并合理構(gòu)筑光增益結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步接近或突破光吸收的極限。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組近年來(lái)致力于推動(dòng)印刷技術(shù)的綠色化和功能化發(fā)展，在印刷構(gòu)筑鈣鈦礦光增益結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展了系統(tǒng)研究。通過(guò)簡(jiǎn)單的壓印工藝直接在鈣鈦礦活性層上構(gòu)筑用于微米級(jí)的陣列化回廊腔光捕獲結(jié)構(gòu)，制備出高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（Nano Energy）；使用商業(yè)化的光盤(pán)（CD、DVD光盤(pán)）作為模板，通過(guò)限域生長(zhǎng)控制鈣鈦礦生長(zhǎng)的方法（高結(jié)晶性能、低表面缺陷），構(gòu)筑光增益結(jié)構(gòu)（光柵結(jié)構(gòu)、仿蝴蝶結(jié)構(gòu)）提高鈣鈦礦光電性能（Advanced Energy Materials、Angewandte Chemie International Edition）；通過(guò)CD光盤(pán)作為模板微接觸印刷構(gòu)筑圖案化潤(rùn)濕表面建立鈣鈦礦“競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)”機(jī)制，從而獲得晶粒尺寸大而致密的鈣鈦礦薄膜，使光電轉(zhuǎn)換器件效率得到顯著提高（Advanced Energy Materials）。

近日，課題組采用DVD光盤(pán)作為模板構(gòu)筑光柵結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)兩層光柵的角度使其產(chǎn)生莫爾紋（Moiré紋），實(shí)現(xiàn)光柵數(shù)“1+1=3”。計(jì)算模擬結(jié)果表明，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到30o時(shí)，其Moiré光增益結(jié)構(gòu)使得整個(gè)器件能夠獲得最大的光捕獲效率，所設(shè)計(jì)構(gòu)筑的Moiré光增益結(jié)構(gòu)鈣鈦礦薄膜的吸收極限已接近并部分超過(guò)實(shí)際Yablonovitch 4n2吸收極限的平均值，從而大幅提高鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換器件的光電轉(zhuǎn)換效率。該方法適用于多種體系鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程，拓寬了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的使用范圍，并為制備高光捕獲效率的光電轉(zhuǎn)換器件提供了新的方法和思路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上，化學(xué)所研究員宋延林、李明珠與浙江大學(xué)教授沙威為論文通訊作者，助理研究員汪洋為論文第一作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和中科院的支持。


構(gòu)筑Moiré鈣鈦礦光增益結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換器件 

原標(biāo)題：化學(xué)所等在鈣鈦礦光增益結(jié)構(gòu)研究中獲進(jìn)展