陶绪堂课题组发现Sn-基有机无机复合钙钛矿材料带隙自加深现象-山东大学晶体材料研究所

近日，晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授课题组与沙特阿拉伯国王科技大学Osman M. Bakr教授课题组合作，发现了一种Sn基有机-无机复合钙钛矿材料光学带隙可逆自变窄现象，并揭示了其带隙自变窄机理，相关研究成果以“Reversible Band Gap Narrowing of Sn‐based Hybrid Perovskite Single Crystal with Excellent Phase Stability”（“具有优越相稳定性锡基杂化钙钛矿单晶的带隙可逆自变窄”）为题发表在著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》（《德国应用化学》影响因子12.102）上（相关链接https://doi.org/10.1002/anie.201810481），陶绪堂教授为通讯作者，2015级博士生居佃兴为第一作者，山东大学为第一作者单位。

有机-无机复合钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域展现出潜在的应用价值，是目前国际上研究的热点。尤其是太阳能电池，其NREL认证的钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率已经达到23.3 %，超越了单晶硅太阳能电池的效率。但对于多数有机无机复合钙钛矿材料而言，由于其光学带隙较大，不能成为良好的光吸收材料，限制了其太阳能电池方面的应用。围绕这一科学问题，2015级博士生居佃兴在陶绪堂教授的指导下，对DMASnI3材料进行研究，发现该材料在空气中其颜色逐渐加深，光学带隙逐渐变窄，但其晶体结构保持不变。他们通过综合利用X射线衍射、Raman光谱，XPS以及DFT计算等手段揭示了其带隙变窄机理。其带隙的变窄不是因为Sn2+的氧化，而是由于碘离子的扩散缺失，导致材料中碘空位缺陷的形成。此外，带隙变窄之后，在去离子水的环境下，该材料恢复到初始颜色，可逆且具有较好的水稳定性，该研究为解决有机-无机复合钙钛矿材料遇水即分解的问题带来了新的认识。该工作是继陶绪堂教授课题组在关于首次生长碘锡胺类钙钛矿单晶研究发表在《Angew. Chem. Int. Ed》2016, 55, 3447-3450)之后，在该国际著名期刊发表的又一相关重要研究成果。

近年来，陶绪堂教授课题组在有机及有机-无机复合单晶研究方面开展了系列研究，相关研究成果发表在化学和材料学顶级期刊JACS、Angew Chem.、Chem. Mater.、JMCA等国际著名杂志上，提升了晶体材料国家重点实验室在晶体材料基础研究领域的学术影响。以上相关研究得到了国家自然科学基金、高等学校学科创新引智计划和晶体材料国家重点实验室的大力支持。