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 在新興半導(dǎo)體材料中，有機(jī)-無機(jī)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(cè)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(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)達(dá)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(qiáng)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(jī)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(tuán)隊(duì)合作研究了噻吩基插層陽離子對(duì)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(jī)配體可以改善器件穩(wěn)定性，但這類傳統(tǒng)大體積有機(jī)陽離子的絕緣性質(zhì)也會(huì)削弱載流子輸運(yùn)能力。因此，在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)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(jī)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(dòng)資金的大力支持。

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