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化学学院李琳副教授在钙钛矿异质结光电应用领域取得科研成果

天津师范大学化学学院李琳副教授课题组在Advanced Materials期刊上发表题为“Perovskite Heterostructures for Optoelectronic Applications”的综述文章,系统阐释钙钛矿异质结的定义、分类,梳理其结构设计最新进展,剖析异质结构对材料稳定性与光电特性的调控规律,重点论述其在钙钛矿太阳能电池、发光二极管、光电探测器中的应用机制,并总结领域现存核心瓶颈与后续发展思路。

图1. 三类钙钛矿异质结构稳定化策略:组分工程、维度工程及杂化体系。

将两种或多种功能材料集成到单一系统中的钙钛矿异质结,已成为稳定钙钛矿材料并实现高性能光电器件的重要策略。该综述围绕这一核心思路,从组分工程、维度工程和杂化体系三条主线系统梳理了相关研究进展。如图1所示,组分异质结利用A位阳离子与X位卤素离子的尺寸差异,利用晶格应变工程稳定物相;维度异质结是指将不同维度的钙钛矿复合,构建异质结构(例如二维/三维、二维/二维、零维/二维)。它利用低维组分的物理阻隔和应力调控作用,有效抑制离子迁移并提高相变能垒,从而显著增强钙钛矿在湿、热、光等条件下的结构稳定性;杂化体系异质结是指将钙钛矿与非钙钛矿材料(如传统二维材料、胶体量子点或金属有机框架)相结合所构成的异质结构。这类结构利用物理阻隔、晶格锚定、空间限域等机制,构建高质量异质界面,从而有效抑制钙钛矿的降解、相变和离子迁移,显著提升其稳定性。三类策略在钝化缺陷、抑制离子迁移、缓解晶格应力等方面发挥协同作用,有效增强了钙钛矿材料对水分、热量和光照的耐受能力。在此基础上,该综述系统地介绍了基于异质结构的钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管和光电探测器中的最新应用进展,明晰了当前领域面临的挑战,并从大面积制备、失效机制及新型光电极化功能等角度展望了未来发展方向。

天津师范大学为第一单位,南开大学为联合通讯单位。天津师范大学化学学院李琳副教授为此文第一作者,南开大学袁明鉴教授与韦科妤博士为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金项目(T2225024)、国家自然科学基金项目(U25A20565、52502048)以及天津市自然科学基金(25JCYBJC00140)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.73851