Angew. Chem. ：氧硒化物的极性亚晶格设计实现高效光电转化

太阳能的转化与利用是解决当前能源与环境问题的重要手段。光电转化过程中光生电子-空穴的复合会降低光电转化效率。因此，对光电转化材料进行合理的晶体结构设计，发展促进光生载流子分离的有效策略，对于实现太阳能的高效转化与利用具有重要意义。

近日，北京大学黄富强教授团队与华中科技大学翟天佑教授团队合作，设计了一种可以促进光生载流子分离的极性层状亚晶格结构模型，并基于此模型开发出一种新型氧硒化物晶体Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀用于高效光电转化。

Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀属于极性空间群Cm，其晶体结构中含有由[Sb₂OSe₄]^4-一维链及[CdSe₃]^4-一维链横向连接构成的层状亚晶格[(Sb₂OSe₃)(CdSe₂)]^4-。[Sb₂OSe₄]^4-链由低对称性的四方锥配位多面体组成，具有很强的可极化性；[CdSe₃]^4-链诱导偶极定向排列，产生宏观极化，为光生载流子的分离提供了内在驱动力。该晶体在近红外波段具有强二阶倍频响应，表明其晶体结构中存在强极化。理论计算结果表明，该材料的价带顶与导带底主要由[Sb₂OSe₄]^4-链贡献，意味着光生载流子主要限域在[Sb₂OSe₄]^4-链中，因此可以在极化场作用下被高效分离。

Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀是一种光学带隙为1.55 eV的p型半导体，能够充分吸收可见光。为验证该晶体结构中宏观极化对载流子分离的促进作用，作者选取了含有类似结构基元的非极性晶体Sr₂Sb₂O₂Se₃作为对比。这两种材料具有类似的光学带隙与荧光发射性质，然而Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀具有更长的载流子寿命，表现出更优的光电转化能力，验证了极性亚晶格设计策略可有效促进载流子分离、提升光电转化能力。基于Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀单晶的器件在宽光谱范围内具有优良的光电响应性。该工作为极性光电转换材料的晶体结构设计提供了新的思路。

论文信息

Improved Polarization in the Sr₆Cd₂Sb₆O₇Se₁₀ Oxyselenide through Design of Lateral Sublattices for Efficient Photoelectric Conversion

Dr. Ruiqi Wang, Dr. Fakun Wang, Dr. Xian Zhang, Xin Feng, Chendong Zhao, Dr. Kejun Bu, Zhuang Zhang, Prof. Tianyou Zhai, Prof. Fuqiang Huang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202206816