華東師范大學物理與電子科學學院教授保秦燁課題組把天然分子辣椒素作為添加劑引入到鈣鈦礦半導體，在國際上首次直接觀察到軟物質(zhì)鈣鈦礦半導體表面電子結構從P型轉(zhuǎn)變成N型的新現(xiàn)象。相關論文1月14日發(fā)表于《焦耳》。

保秦燁向《中國科學報》介紹，“使用綠色、可持續(xù)的基于森林系生物添加劑，并與無毒無鉛鈣鈦礦半導體結合，最終可以實現(xiàn)完全綠色的鈣鈦礦電子器件。我們希望以此改變鈣鈦礦半導體表面電子結構與電荷傳輸層實現(xiàn)匹配的界面電子結構，從而減少器件能量損失。”

研究人員發(fā)現(xiàn)辣椒素化合物天然易獲取、價錢便宜、性質(zhì)相對穩(wěn)定，將其作為添加劑引入到鈣鈦礦半導體，利用自行設計、定制的高分辨、高精密光電子能譜原位分析系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦半導體表面電子結構經(jīng)歷了從原先的P型到N型的完全轉(zhuǎn)變，霍爾效應測量進一步證實了這一新現(xiàn)象。探索發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變源于鈣鈦礦半導體表面區(qū)域自發(fā)形成的P-N同質(zhì)結，證實了該同質(zhì)結結構位于薄膜表面以下大約100納米處。這一轉(zhuǎn)變與頂部電子傳輸層(N型)更加匹配，促進界面電荷傳輸，減少界面處電荷非輻射復合損失。

課題組構建了功率轉(zhuǎn)換效率為21.88%和填充因子為83.81%的鈣鈦礦光伏器件, 均是已報道的多晶甲基銨鉛三碘化物鈣鈦礦的P-I-N結構器件的最高值。

“光電轉(zhuǎn)換動力學綜合分析表明，器件中的能量輻射損失得到了有效抑制。”論文第一作者熊少兵表示，該工作為深入理解軟物質(zhì)半導體界面電子結構特性與器件能量損失機制提供了思路。(記者張雙虎)