在新兴半导体材料中，有机-无机金属杂化钙钛矿材料具有优异的光学和电学性能，使其在太阳能电池、发光二极管和光电探测器方面具有巨大的应用潜力。目前，基于三维钙钛矿材料的太阳能电池在实验室中已经达到了25.2%的光电转换效率。虽然三维钙钛矿太阳能电池已经表现出优异的性能，但这与器件稳定性的发展并不匹配。作为一类三维钙钛矿同类物，降维钙钛矿及其光电器件显示出增强的稳定性和各向异性的载流子传输行为。这些降维结构是通过将大体积有机阳离子(例如，丁基铵和苯乙基铵)取代三维钙钛矿中部分小体积阳离子形成（图1）。

图1 不同配体下的钙钛矿结构与能带图

近日，中山大学化学学院杨振宇教授和胡鹏教授两研究团队合作研究了噻吩基插层阳离子对降维钙钛矿晶体结构和电子性能的影响。此前的研究表明，通过在钙钛矿层之间插入有机配体可以改善器件稳定性，但这类传统大体积有机阳离子的绝缘性质也会削弱载流子输运能力。因此，在这项工作中，研究团队通过选择具有芳香环结构的配体，如基于噻吩的铵基阳离子，有效改善了钙钛矿的能带边缘电子结构以及提高了电荷传输能力。与基于传统大型有机阳离子苯乙基铵得到的钙钛矿太阳能电池相比，器件性能有较为明显的提升（图2），体现了准二维钙钛矿材料中配体选择的重要性。

 图2 噻吩甲铵型和苯乙铵型型准二维钙钛矿太阳能电池的性能比较

相关工作发表在化学综合期刊Angewandte Chemie International Edition杂志上，本科生倪楚逸和博士研究生黄雅豪为共同第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金和中山大学启动资金的大力支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006112