南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊、教授陳永華團隊與澳門大學應用物理及材料工程研究院教授邢貴川合作，在世界上首次報告了一系列不同量子阱寬度的純相二維Ruddlesden-Popper（RP）層狀鈣鈦礦薄膜，及其高效的鈣鈦礦太陽能電池應用。相關成果11月10日發表于《自然—能源》。

近年來，二維RP層狀鈣鈦礦材料由于其優越的穩定性和光電性能而成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點。目前，基于液相法制備的二維RP層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結構（MQW）組成，即目標量子阱結構與實際獲得的相結構有很大不同。盡管鈣鈦礦前驅體溶液是嚴格按照化學計量比的方式配置，也難以在沉積的過程中直接形成目標設計的純相量子阱薄膜。薄膜中夾雜的其他多相鈣鈦礦成分對鈣鈦礦器件的性能和穩定性都有極大的負面影響。同時，二維本征結構的光物理性質被其他混雜相尤其是三維相所掩蓋。研究人員一直致力于制備純相二維鈣鈦礦薄膜，但是一直無法實現。

針對這一世界性科學難題，合作團隊創新性地使用一種離子液體有機胺鹽（BAAc，乙酸丁胺），實現前驅體溶液離子配位和分子間相互作用有效調控，獲得擇優生長的微米級二維層狀鈣鈦礦晶體，實現了有效的載流子分離和電荷傳輸，最終得到了優異的太陽能電池光電轉換效率。同時，純相量子阱結構使得二維RP層狀鈣鈦礦太陽能電池的穩定性顯著提高。

基于這種鈣鈦礦薄膜的太陽能電池器件實現了高達16.25%的功率轉換效率以及1.31 V的高開路電壓。在濕度為65±10%的環境下連續運行4680小時，在85℃的環境下連續運行558 小時，或是在連續光照1100小時后，器件的效率衰減不到10%。該研究展示的純相量子阱，有助于促進太陽能電池和其他鈣鈦礦基光電器件，如探測器、發光二極管、激光器等的發展。