鈣鈦礦因其作為太陽能電池的潛在材料特性引起了人們的極大興趣，但要使它們廣泛應(yīng)用于實際，研究人員必須開發(fā)處理它們的高效制造流程。泰國科學(xué)家設(shè)計了一種噴涂方法，將精密的鈣鈦礦層涂在基質(zhì)上，從而制造出穩(wěn)定、高性能的光伏結(jié)構(gòu)。

鈣鈦礦有許多化學(xué)公式，通常有兩個不同的陽離子和三個陰離子。來自瑪希隆大學(xué)材料科學(xué)與創(chuàng)新學(xué)院的科學(xué)團(tuán)隊將他們的研究重點放在混合鹵化物鈣鈦礦上，其中包括一些溴原子或碘原子的結(jié)合作為陰離子。這種半導(dǎo)體化合物的顏色從棕色到橙色不等，對光有一定的透明度。

在幾百納米的尺度上，半導(dǎo)體的形狀和分層決定了器件的功能。研究人員表示，在三層或三層以上使用不同類型的鈣鈦礦制造吸光劑，可以實現(xiàn)許多以前無法實現(xiàn)的復(fù)雜設(shè)計。

由于鈣鈦礦可以制成液體溶液進(jìn)行加工，噴霧沉積似乎是一種較好的制造方法，但該技術(shù)難以預(yù)測和控制。以前，科學(xué)家只能通過讓底層快速接觸一些化學(xué)物質(zhì)，才能將第二層鈣鈦礦層覆蓋在基底層之上。這些過程會導(dǎo)致表面鈍化——上層的水滴會部分重新溶解先前干燥的下層。研究人員表示之前的科學(xué)家無法精確控制覆蓋層的厚度及其對下層的影響。

圖片來源：瑪希隆大學(xué)

研究人員稱他們的技術(shù)為“序貫噴霧沉積”。他們用兩個噴嘴在45度角將鈣鈦礦溶液噴灑到加熱到100℃的基片上，同時將實驗空間的空氣濕度保持在45％到50％的相對濕度——以讓鈣鈦礦層更穩(wěn)定。

有些鹵化物鈣鈦礦——每個分子含有三個碘原子——具有較好的電學(xué)性能，但相對于穩(wěn)定性較差。研究團(tuán)隊首先確定了這種類型，然后在400 nm厚的下一層干燥后，噴涂一層90 nm厚的蓋層。雖然研究人員表示他們只制作了兩層，但他們說通過精確控制每一層的厚度和沉積速率，可以將更多的層堆積起來。

研究人員表示這項新技術(shù)不僅為鈣鈦礦太陽能電池開辟了新途徑，而且還為鈣鈦礦電子器件的整個光譜，如鈣鈦礦LED、光電探測器、激光器等開辟了新途徑。