西北工业大学两项重要成果登上《自然》子刊

2020年02月26日12:49  来源：人民网-科技频道

人民网北京2月26日电（赵竹青）近日，西北工业大学柔性电子研究院、柔性电子材料与器件工业和信息化部重点实验室黄维院士团队两项成果登上《自然》子刊。

其一是黄维院士、陈永华教授团队和吉林大学集成光电子国家重点实验室&材料科学与工程学院张立军教授合作，在层状钙钛矿太阳能电池研究领域取得突破性进展，相关成果发表在《自然·光子学》上。其二是黄维院士团队与帝国理工学院、阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Thomas Anthopoulos教授合作，在有机-金属氧化物薄膜晶体管研究领域取得重要进展，发表于《自然·电子学》。

发表在《自然·光子学》上的研究，是改进了一种重要的太阳能电池材料。据介绍，钙钛矿材料自身具有直接带隙、双极性传输、高吸光系数、低激子结合能、长载流子扩散距离和可溶液加工等特点，近年来取得了突飞猛进的发展。然而，钙钛矿材料光照、电场、温度、水氧等条件下非常容易降解，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的进一步商业化。相比传统的三维卤化物钙钛矿太阳能电池材料，二维Ruddlesden–Popper（2DRP）层状钙钛矿在具有优异的光稳定性和热稳定性的同时，骨架稳定性受限，因此其薄膜质量及光生载流子的分离与传输特性相对不足。

针对这一科学难题，团队提出了一种高效稳定层状钙钛矿太阳能电池，创新性地引入一种含硫原子的有机胺，通过硫元素之间的相互作用实现层间相互作用有效调控，有效的增强了层间电荷传输并且进一步稳定了层状钙钛矿骨架，制备出了效率高达18.06％（认证效率17.6）的高性能2DRP层状钙钛矿太阳能电池，并大大改善了2DRP钙钛矿薄膜的湿、热稳定性和器件稳定性。器件在最大功率输出点持续标准太阳光下光照1000小时，效率衰减不到15%。

发表在《自然·电子学》上的研究，则聚焦于一种显示器件的生产。据了解，薄膜晶体管是有源显示驱动背板的核心器件。其中，金属氧化物薄膜晶体管具有迁移率高、透光性好、成本低、可低温制备等优点，应用前景巨大，但制备成本却相对较高。近年来，溶液法作为一种工艺简单、可实现大面积制备，并且与柔性衬底相兼容的新制备方法而备受关注。然而，由于溶液法的非化学计量性质而导致的电荷俘获现象，使得器件存在工作稳定性差的问题，是其实现实际应用所面临的技术瓶颈。

针对这一科学难题，合作团队了提出了一种有机-金属氧化物混合薄膜晶体管，其沟道由溶液法制备的氧化铟，氧化锌纳米粒子，聚合物聚苯乙烯和氧化锌多层超薄薄膜组成。经臭氧处理后的聚合物聚苯乙烯薄膜有效地钝化了金属氧化物表面和异质结界面处的电子陷阱，实现了高电子迁移率及超高的工作稳定性，是目前已报道的最稳定的金属氧化物薄膜晶体管。该研究成果为解决当前溶液法制备金属氧化物薄膜晶体管的工作稳定性问题提供了新的思路，并有助于进一步推动薄膜晶体管在显示领域的应用。