点击上方「材料科学与工程」快速关注
材料类综合、全面、专业的陌陌平台
日前，重庆科技学院物质大学陈刚院长课题组在砷化镓薄膜的制备和原位表征方面再度取得重要进展。她们创新性地使用丁胺二氧化碳对三维砷化镓薄膜进行表面处理，获得二维三维复合结构的砷化镓薄膜；同时借助同步幅射原位X射线表面掠入射衍射技术深入研究了表面二维材料的结构、成分和生长机理；通过将结构优化的二维三维复合砷化镓薄膜应用于光伏元件中，获得了高效稳定的砷化镓太阳能电板。目前，该成果以“InSituofVapor-2D-3DforandSolarCells”为题，发表于国际著名学术刊物Nano。
论文链接：
作为一种新兴的光伏技术，砷化镓太阳能电板的光电转换效率迅速提高，而且，怎么制备大面积且稳定的电瓶元件是其产业化应用过程中面临的主要问题。已有研究表明薄膜制备，在传统的三维砷化镓表面进行二维结构修饰有助于提高砷化镓的效率和稳定性。在这种表面处理的工艺中，最常见的方法是在砷化镓薄膜上旋涂长链有机盐氨水。但是，旋涂碱液法不可防止地破坏薄膜表面的形貌，且该方式不适用于制备大面积的电瓶元件。
图1：X光原位观测丁胺二氧化碳引导的氮化物薄膜由三维向二维结构变迁的艺术展示（Image:Vera）
在陈刚院士团队的这一项研究中，科研人员引入丁胺二氧化碳辅助的方式，在常温常压下对最常用的三维氮化物碘化铅甲胺（）进行二氧化碳熏蒸处理，生成均匀的复合相二维表面层，并与三维氮化物产生三维/二维复合结构的氮化物薄膜。她们运用同步幅射原位X射线衍射技术薄膜制备，辅之以萤光波谱和扫描电镜技术，详尽研究了薄膜在丁胺二氧化碳中产生二维复合物的结构与成份，以及反应进行的过程。
图2：丁胺二氧化碳与氮化物反应过程的原位同步幅射X射线衍射实验观测
科研人员将此工艺应用于太阳能电板的制备，在提升砷化镓太阳能电板效率的同时，也明显提升了其稳定性。研究人员进一步研究了三维/二维复合结构砷化镓薄膜的基态，发觉二维复合物层在光伏元件中可以制止光生电子从三维砷化镓向空穴传输层的反向转移，同时保证了空穴的高效转移，由此提高了元件的效率。这一二氧化碳辅助处理法有望运用于大面积砷化镓太阳能电板元件的组装和制备。
物质大学2015级博士研究生刘洲为文章第一作者，陈刚院长为通信作者，北京科技学院为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市教委、上交大启动经费及北京光源的大力支持。（来源：北京科技学院物质大学）