新能源领域的“明星”,钙钛矿材料到底有啥优势?

2016-10-09 11:29:00
全芯编辑
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        近几年来,有机/无机杂化的钙钛矿材料作为一种新型的太阳电池材料得到了持续关注。由于制备方法简单,器件效率优势明显,这类钙钛矿材料迅速成为新能源领域的“明星”。

        钙钛矿太阳能电池之所以具有可观的光电转换性能,材料本身优良的载流子传输能力是一个决定性因素,而这种性质极有可能赋予钙钛矿材料在其他更多领域“一展身手”的机会。 忆阻是指一类具有记忆响应的电阻,其具有的高、低阻两个电阻状态恰好对应了二进制中“0”和“1”两个状态,因此,忆阻器在信息存储及计算领域具有良好的应用潜力。相较于传统的存储材料,忆阻具有非易失性、低能耗、高开关比、快响应速度以及超越摩尔定律限制的能力等性质。在传统硅基半导体发展越来越接近极限的时代背景下,有关忆阻器的研究激发了广泛的研究兴趣。

        

        近期陆续有相关工作报道了有机/无机杂化的钙钛矿材料的忆阻性质及其作为信息存储材料的潜力。北京大学化学与分子工程学院的邹德春教授研究团队,作为最早发现钙钛矿材料忆阻性质的科研团队之一,在之前的工作中,探究了钙钛矿的忆阻性质并对器件的性能进行了优化,在平面性钙钛矿忆阻器件上实现了非常高的开关比。

        最近,又基于多年研究纤维电子器件的经验,团队成功研制了第一个纤维形态的钙钛矿忆阻器件。整个器件制备在钛丝基底上,由于钙钛矿前体溶液很难均匀附着在这样的曲面基底上,因此首先利用自制的涂丝机在纤维基底表面制备了一层均匀的TiO2多孔层。得益于TiO2多孔层的高比表面及多孔性质,钙钛矿前体液在曲面基底上的附着能力显著提高,最终制备的钙钛矿功能层的质量也有了明显的改善。

        通过对器件的忆阻性、稳定性、重复性等进行系统测试,纤维忆阻器件表现出良好的综合性能,特别是具有较低的开关电压,有利于降低实际使用的能耗以及提高使用的安全性。通过与SCLC(space charge limited conduction)等导电模型进行拟合,对钙钛矿忆阻的在不同电压区间的导电机理和过程进行了探究,揭示了钙钛矿合适的能级位置和能带结构对于器件性能的决定性作用。

        这项研究工作大大丰富了钙钛矿忆阻领域的研究,并为其进一步发展开拓了新的思路。特别是纤维形态这个要素,有望推动钙钛矿材料在可穿戴存储/计算器件领域的全新应用。

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updated: 2020-11-25 05:06:18