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近几年来，钙钛矿半导体材料在太阳能电池研究领域异军突起，其中最常见的碘化铅甲铵（MAPbI₃）因具有优异的吸光性能和载流子传输性能备受关注，但其化学稳定性差，容易被空气中的水分分解。因此，提高钙钛矿半导体材料的化学稳定性，并进一步提高太阳能电池的效率成为热点研究问题，世界范围内的实验探索也积累了大量的经验，但该领域对影响此类材料的性能和稳定性的规律性研究还不够深入。

上海科技大学物质学院的米启兮课题组，在理论指导下设计出新型钙钛矿半导体材料，并制备出光电二极管器件验证其高性能和高稳定性。他们基于对钙钛矿半导体材料结构－物性关系的深入理解，提出用化学式体积（V/Z）这一关键指标来衡量和预测此类材料的性质，推测出材料最优性能所对应的V/Z值，并据此成功设计、合成了两类新型的立方钙钛矿半导体材料，通过实验测量并验证了关于材料晶体结构的理论预测。米启兮课题组进一步将这两类新材料制备成光电二极管单晶器件，并与宁志军课题组合作测量了器件的量子效率和稳定性。实验结果表明，新型钙钛矿半导体材料具有115 ± 5微米的载流子扩散长度，约为碘化铅甲铵参照物的3倍；对湿度的稳定性也提升了一个数量级；初步尝试使用新型钙钛矿半导体材料制得的太阳能电池达到了13%的效率。

高性能钙钛矿半导体材料的（a）晶体结构、（b）器件示意图、（c）量子效率和（d）稳定性数据

该研究成果提供了一种钙钛矿半导体材料结构设计和性能预测的方法，大大拓展了材料选择范围，开辟了单晶器件制备与性能测试的新方法；为下一步将新型钙钛矿半导体材料制成高效、稳定的单晶太阳能电池预测出所需的单晶薄膜厚度。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是上海科技大学的博士研究生史志方，通讯作者是上海科技大学的米启兮助理教授和宁志军助理教授。

该论文作者为：Zhifang Shi, Yi Zhang, Chao Cui, Binghan Li, Wenjia Zhou, Zhijun Ning, Qixi Mi

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Symmetrization of the Crystal Lattice of MAPbI₃ Boosts the Performance and Stability of Metal-Perovskite Photodiodes

Adv. Mater., 2017, 29, 1701656, DOI: 10.1002/adma.201701656

导师介绍

米启兮

http://www.x-mol.com/university/faculty/21475

宁志军

http://www.x-mol.com/university/faculty/21476

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