近日，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院、柔性電子材料與器件工業(yè)和信息化部重點實驗室黃維院士團隊兩項成果登上《自然》子刊。

其一是黃維院士、陳永華教授團隊和吉林大學(xué)集成光電子國家重點實驗室&材料科學(xué)與工程學(xué)院張立軍教授合作，在層狀鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域取得突破性進展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。其二是黃維院士團隊與帝國理工學(xué)院、阿卜杜拉國王科技大學(xué)(KAUST)Thomas Anthopoulos教授合作，在有機-金屬氧化物薄膜晶體管研究領(lǐng)域取得重要進展，發(fā)表于《自然·電子學(xué)》。

發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上的研究，是改進了一種重要的太陽能電池材料。據(jù)介紹，鈣鈦礦材料自身具有直接帶隙、雙極性傳輸、高吸光系數(shù)、低激子結(jié)合能、長載流子擴散距離和可溶液加工等特點，近年來取得了突飛猛進的發(fā)展。然而，鈣鈦礦材料光照、電場、溫度、水氧等條件下非常容易降解，嚴重阻礙了鈣鈦礦太陽能電池的進一步商業(yè)化。相比傳統(tǒng)的三維鹵化物鈣鈦礦太陽能電池材料，二維Ruddlesden–Popper(2DRP)層狀鈣鈦礦在具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的同時，骨架穩(wěn)定性受限，因此其薄膜質(zhì)量及光生載流子的分離與傳輸特性相對不足。

針對這一科學(xué)難題，團隊提出了一種高效穩(wěn)定層狀鈣鈦礦太陽能電池，創(chuàng)新性地引入一種含硫原子的有機胺，通過硫元素之間的相互作用實現(xiàn)層間相互作用有效調(diào)控，有效的增強了層間電荷傳輸并且進一步穩(wěn)定了層狀鈣鈦礦骨架，制備出了效率高達18.06%(認證效率17.6)的高性能2DRP層狀鈣鈦礦太陽能電池，并大大改善了2DRP鈣鈦礦薄膜的濕、熱穩(wěn)定性和器件穩(wěn)定性。器件在最大功率輸出點持續(xù)標(biāo)準太陽光下光照1000小時，效率衰減不到15%。

發(fā)表在《自然·電子學(xué)》上的研究，則聚焦于一種顯示器件的生產(chǎn)。據(jù)了解，薄膜晶體管是有源顯示驅(qū)動背板的核心器件。其中，金屬氧化物薄膜晶體管具有遷移率高、透光性好、成本低、可低溫制備等優(yōu)點，應(yīng)用前景巨大，但制備成本卻相對較高。近年來，溶液法作為一種工藝簡單、可實現(xiàn)大面積制備，并且與柔性襯底相兼容的新制備方法而備受關(guān)注。然而，由于溶液法的非化學(xué)計量性質(zhì)而導(dǎo)致的電荷俘獲現(xiàn)象，使得器件存在工作穩(wěn)定性差的問題，是其實現(xiàn)實際應(yīng)用所面臨的技術(shù)瓶頸。

針對這一科學(xué)難題，合作團隊了提出了一種有機-金屬氧化物混合薄膜晶體管，其溝道由溶液法制備的氧化銦，氧化鋅納米粒子，聚合物聚苯乙烯和氧化鋅多層超薄薄膜組成。經(jīng)臭氧處理后的聚合物聚苯乙烯薄膜有效地鈍化了金屬氧化物表面和異質(zhì)結(jié)界面處的電子陷阱，實現(xiàn)了高電子遷移率及超高的工作穩(wěn)定性，是目前已報道的最穩(wěn)定的金屬氧化物薄膜晶體管。該研究成果為解決當(dāng)前溶液法制備金屬氧化物薄膜晶體管的工作穩(wěn)定性問題提供了新的思路，并有助于進一步推動薄膜晶體管在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用。