混合二维／三维钙钛矿中的光致载流子阻塞机制示意图
澳门大学应用物理及材料工程研究院教授邢贵川的团队联合深圳大学苏陈良教授的团队揭示了提高混合二维／三维钙钛矿体系光电转换的效率和稳定的关键因素，从而提高有关太阳能电池的商业应用价值。该研究成果已发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。
近十多年来，卤化物钙钛矿凭借其优异的半导体特性成为光伏领域的研究前沿。传统卤化物钙钛矿拥有ABX3型三维晶体结构，以其为光敏层的单结太阳能电池已经实现高达25.7%的认证效率。然而，传统三维钙钛矿面临稳定性问题。维度调控被证明是一种有效的应对策略，在低维衍生物中，二维钙钛矿被广泛证明具有比三维钙钛矿更高的稳定性。混合二维／三维钙钛矿薄膜被认为有望结合二维钙钛矿在稳定性方面的优势和三维钙钛矿在光转换方面的优势。此外，二维钙钛矿中有害的离子迁移被抑制，并且通常能有效钝化三维钙钛矿在晶界与表面处的缺陷。因此，混合二维／三维钙钛矿太阳能电池吸引了广泛的关注。然而，长期以来，其能量转换效率始终低于预期，极大地限制了其商业应用，而背后的限制机制尚不清楚。
有鉴于此，两校的研究团队进行研究并首次揭示了混合二维／三维钙钛矿体系中独特的光致载流子阻塞效应。研究发现，在黑暗条件下，二维钙钛矿组分不会阻碍载流子的传输；而在光照条件下，二维／三维钙钛矿界面的内建电场会增强，结合其镶嵌式的相分布规律，导致光生电子的传输被光致势垒阻碍，而光生空穴则被光生陷阱俘获。这一机制很好地解释了混合二维／三维钙钛矿太阳能电池短路电流和填充因子低的现象。这一机制的提出，为优化混合二维／三维钙钛矿太阳能电池的性能提供了新的理论指导。
该项研究的通讯作者为澳大应用物理及材料工程研究院邢贵川教授和深圳大学苏陈良教授，论文的第一作者为澳大应用物理及材料工程研究院博士后研究只余德见。该研究由澳门特别行政区科学技术发展基金（0044/2020/A1、0082/2021/A2）和澳门大学多年度研究资助（MYRG2020-00151-IAPME）资助完成。