近日，我院先进光电材料与器件物理课题组在硫化物钙钛矿材料的能带结构调控方面取得积极进展，相关成果以“Band structure modulation of chalcogenide perovskite with Eu as A-site cation”为题目发表于国际知名物理类期刊《Applied Physics Letters》。郑州大学物理学院为论文独立通讯单位，论文第一作者为我院教师韩炎兵和二年级研究生方娇，通讯作者为我院教师杨洁和史志锋教授。

硫化物钙钛矿如BaZrS₃和SrZrS₃，因其稳定性高、光吸收强和电输运性能良好，是极具潜力的光伏材料。然而根据Shockley-Queisser极限理论，光伏材料的最佳光学带隙为1.4-1.5 eV。因此，上述材料的光学带隙仍然较高（＞1.8eV），需进一步调节。此前有报道通过合金化（如BaZr_1-xTi_xS₃和BaZrS_3-xSe_x）进行带隙调节，但因结构不兼容容易导致相分离的问题。

针对上述问题，研究人员提出了以Eu作为A位阳离子来调控硫化物钙钛矿能带结构的策略。合成了EuZrS₃和Sr_0.7Eu_0.3ZrS₃合金，通过XRD、SEM、EDX等多种表征手段，证实其结构属于正交钙钛矿纯相结构，元素分布均匀。理论计算和实验测试均表明，EuZrS₃中Eu 4f轨道对价带顶有贡献，使其能级位置升高，带隙窄化为0.54 eV，导致其具有较宽吸收光谱，有利于光吸收。由于Eu离子和Sr离子具有非常相近的离子半径，因此可以形成Sr_0.7Eu_0.3ZrS₃合金并避免相分离问题，该合金的吸收曲线介于SrZrS₃和EuZrS₃之间，证明Eu可通过合金调节能带结构。此外，EuZrS₃导电且热导率较低，具有潜在的热电特性。上述研究结果为硫化物钙钛矿能带结构调控提供了新策略，并证实EuZrS₃及其合金有望应用于光电器件领域。

该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0256891