近期，我校材料科学与工程学院曹丙强教授及其团队在钙钛矿半导体能带工程和杂质工程研究中取得系列进展，相关结果发表在ACS Appl. Electron. Mater和Appl. Phys. Lett.，其中一篇APL论文被选为Editor's Pick特色论文，并引起国内外研究组广泛关注。
利用半导体光伏效应发电是太阳能利用的最重要方式之一，自2009 年问世以来，基于有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池光电转化效率已由最初的3.8%飙升至25.9 %，接近产业化晶硅电池最高效率（26.3%），是最有产业化希望的新一代太阳能电池。目前基于非故意掺杂甲胺铅碘（MAPbI3）多晶薄膜构成的P-i-N电池，因存在大量低结晶度晶界，导致该类电池在室温工作条件下即发生快速离子迁移而导致电池失效，加之铅元素具有一定毒性，严重阻碍其产业化进程。
材料科学与工程学院硕士生刘婷同学
利用逆温结晶法生长了Cu掺杂的MAPb1-xCuxI3单晶，利用金属元素Cu2+实现了Pb2+位替代，不仅部分降低了铅系钙钛矿材料的毒性，通过调控Pb/Cu比例形成Pb-Cu合金，还可调整MAPb1-xCuxI3半导体合金的带隙。更有意思的是，进入钙钛矿晶格中的Cu2+离子一部分被还原为Cu+，Cu+作为受主掺杂剂产生空穴载流子，随着Cu+浓度的增加，使得其电导率类型由弱n型转变为明显p型，电导率明显降低，呈现出半导体掺杂过程中经典的杂质补偿现象（Dopant compensation）。极性可控的高阻态钙钛矿晶体对于X/γ射线光电探测器及空间电池应用尤为重要。 该结果发表在Appl. Phys. Lett.上（2022, 10.1063/5.0095370），并被选为Editor's Pick特色论文。
为提高大面积钙钛矿薄膜材料和器件的稳定性，博士生袁蓓蕾同学利用曹丙强教授自主设计搭建的脉冲激光沉积系统(PLD)，通过薄膜赝晶逐层生长方式，实现了CsPbBr3钙钛矿薄膜在SrTiO3衬底上的外延生长（epitaxy），来自衬底的界面压应力促使薄膜保持稳定的钙钛矿相，且外延单晶薄膜具有较高的准本征单晶特性。硕士生周煜同学通过控制CsPb(IxClyBr1-x-y)3系列合金薄膜中卤素原子的组成和比例，发现随卤素成分变化，可以将钙钛矿相合金薄膜的光学带隙从1.75 eV (CsPbI3)连续调整到2.98 eV (CsPbCl3)，足以覆盖整个可见区域。同时，钙钛矿合系列金薄膜呈现Ⅰ型（Type-I）带阶结构变化，这将有利于实现能隙梯度太阳能电池，构建二维电子气、量子阱等钙钛矿异质结构。相关结果发表在ACS Appl. Electron. Mater(2021, 10.1021/acsaelm.1c01033)和Appl. Phys. Lett.（2022, 10.1063/5.0081955），并引起国内外研究组广泛关注。
无机钙钛矿半导体合金系列薄膜外延生长模式的X射线衍射实验确认
《Applied Physics Letters》是美国物理联合会(AIP)旗下的旗舰期刊，在物理学和材料科学研究领域享有良好的学术声誉和重要的影响力，是Nature出版社评选的82种自然指数(Nature Index)期刊之一。上述三位研究生分别为论文第一作者，济南大学为论文第一完成单位，曹丙强教授为论文唯一通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（51872161）和济南市“高校20条”项目（2020GXRC020）的经费支持。
