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 在新興半導(dǎo)體材料中，有機-無機金屬雜化鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能，使其在太陽能電池、發(fā)光二極管和光電探測器方面具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，基于三維鈣鈦礦材料的太陽能電池在實驗室中已經(jīng)達到了25.2%的光電轉(zhuǎn)換效率。雖然三維鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但這與器件穩(wěn)定性的發(fā)展并不匹配。作為一類三維鈣鈦礦同類物，降維鈣鈦礦及其光電器件顯示出增強的穩(wěn)定性和各向異性的載流子傳輸行為。這些降維結(jié)構(gòu)是通過將大體積有機陽離子(例如，丁基銨和苯乙基銨)取代三維鈣鈦礦中部分小體積陽離子形成（圖1）。

圖1 不同配體下的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與能帶圖

近日，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊振宇教授和胡鵬教授兩研究團隊合作研究了噻吩基插層陽離子對降維鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和電子性能的影響。此前的研究表明，通過在鈣鈦礦層之間插入有機配體可以改善器件穩(wěn)定性，但這類傳統(tǒng)大體積有機陽離子的絕緣性質(zhì)也會削弱載流子輸運能力。因此，在這項工作中，研究團隊通過選擇具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的配體，如基于噻吩的銨基陽離子，有效改善了鈣鈦礦的能帶邊緣電子結(jié)構(gòu)以及提高了電荷傳輸能力。與基于傳統(tǒng)大型有機陽離子苯乙基銨得到的鈣鈦礦太陽能電池相比，器件性能有較為明顯的提升（圖2），體現(xiàn)了準(zhǔn)二維鈣鈦礦材料中配體選擇的重要性。

 圖2 噻吩甲銨型和苯乙銨型型準(zhǔn)二維鈣鈦礦太陽能電池的性能比較

相關(guān)工作發(fā)表在化學(xué)綜合期刊Angewandte Chemie International Edition雜志上，本科生倪楚逸和博士研究生黃雅豪為共同第一作者。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中山大學(xué)啟動資金的大力支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006112