针对二维钙钛矿中多量子阱结构导致的载流子严重复合问题，提出了铁电极化场促进载流子面外输运的策略，构建了高效二维分子铁电薄膜太阳能电池。
近日，《国家科学评论》发表了苏州大学邹贵付教授课题组的研究成果。该课题组采用新型分子铁电材料克服二维材料中多量子阱电子结构对载流子输运的限制，有效促进了面外载流子分离输运，并由此构建了高效二维铁电太阳能电池。
由于大尺寸有机阳离子能够有效阻止外界水汽侵蚀以及材料内部离子迁移，二维钙钛矿材料在解决钙钛矿稳定性领域展现出巨大的研究前景。然而，大尺寸有机阳离子的引入也导致钙钛矿容忍因子过大，结构上形成了有机阳离子，无极框架交替排布的二维结构；有机部分与无机部分能级结构的差异则导致了多量子阱电子结构的形成，严重阻碍了载流子面外输运性能。
该课题组提出利用新型分子铁电薄膜作为活性层构建新型分子铁电太阳能电池的思路。新型分子铁电材料作为一种新兴的铁电材料，不仅保持了二维钙钛矿材料稳定性高，结晶温度低以及带隙较窄等优异的光电性质，同时具有自发极化强度大，极轴多以及居里温度高等杰出的铁电性质，因此在光电领域具有巨大的发展潜力。
在该工作中，借助于铁电极化场对载流子的分离作用，二维结构薄膜中载流子的面外输运被有效改善，基于新型分子铁电的太阳能电池获得了2D （n=1）RP型钙钛矿中最高的开路电压（1.29 V）以及转化效率（3.71%）。
铁电极化场促进载流子面外输运。（左）分子铁电材料的二维结构；（中）铁电场产生；（右）在铁电极化场的作用下，多量子井结构中的载流子被有效分离输运。
该研究为促进二维结构面外载流子输运提供了新的思路，展示了新型分子铁电薄膜材料在光伏领域的应用前景。
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Two-dimensional (n = 1) Ferroelectric Film Solar Cells
https://doi.org/10.1093/nsr/nwad061
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