近日，我院新材料设计研究团队在国际材料科学领域权威英文期刊《Journal of Physical Chemistry C》（J PHYS CHEM C, IF= 4.284）上发表题为“Impact of Halogen Substitution on the Electronic and Optical Properties of 2D Lead-free Hybrid Perovskites（卤素替代与二维无铅杂化钙钛矿光电性能关联性研究）”论文。该期刊学术影响力在材料科学能量（Energy）期刊中排名第9（9/65）。论文第一作者为我院教师陈长城，通讯作者为北京邮电大学伍力源博士，西安建筑科技大学为论文第一完成单位。

论文主要面向光伏材料领域的迫切需求，探索性能优异的无铅高稳定性有机无机杂化钙钛矿材料体系的设计与物性，系统设计和研究了六种无铅锡（Sn）和锗（Ge）基(BA)₂GeI₄，(BA)₂SnI₄，(BA)₂GeBr₄，(BA)₂SnBr₄，(BA)₂GeCl₄和(BA)₂SnCl₄二维有机-无机卤族钙钛矿体系，并通过第一性原理计算系统研究了体系的几何、电子和光吸收特性。研究表明，卤化物离子的取代为调节单层钙钛矿结构的电子性质提供了一种有效的方法。此外，二维锡/锗基有机-无机卤族钙钛矿体系的直接带隙在1.53 eV到2.55 eV之间。有趣的是，这些材料的电子和空穴在x和y方向上都显示出很小的有效质量，表明二维锡/锗基杂化钙钛矿可能显示出比含铅化合物更高的载流子迁移率和输运性能。此外，二维锡/锗基有机-无机卤族钙钛矿体系在其二维平面上有很强的光学吸收，表现出很强的各向异性。特别地，二维锡/锗基钙钛矿比二维铅基钙钛矿更容易将光激发激子（电子-空穴对）分离为自由载流子，强激子效应可以提高室温下材料的光致发光量子效率。

该项研究工作揭示了碱金属阳离子和卤族元素对体系分解能、带隙、电子和空穴有效质量、介电常数和激子结合能等参数的强相关性；讨论了态密度、部分态密度和分解电荷密度等特征；提出了碱金属阳离子和卤族元素对于体系性质的影响机制，为设计和开发稳定、高效的光伏和光电材料及器件提供了理论基础和设计思路。结果表明，二维锡/锗基有机-无机卤族钙钛矿是很有前途的稳定和高效的光电吸收材料，在无铅、高效、性能合理的下一代光伏/光电子领域提供了广阔的应用前景。

图1二维有机卤化物锗/锡基钙钛矿体系的能带结构及吸收光谱

新材料设计研究团队成立于2020年1月，依托西安建筑科技大学理学院和北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，以交叉创新为引擎，形成了以中青年教师及博士为主，结构合理、学缘宽泛、创新精神及科研能力强的研究团队。团队结合青年教师的基础能力和特点，挖掘科研潜力，发挥交叉创新优势，突出平台自身特色，聚焦计算方法、能源材料和光电材料等科研方向，取得了显著成效和丰硕成果。