AM封面：空间可控掺杂实现钙钛矿PN结的强载流子耗尽

PN结作为电子元件的基本单元，无论是在今天的电子学应用还是对于理解半导体器件的性质都具有举足轻重的作用。自上个世纪中叶以来，经典的PN结理论一直为传统半导体物理与器件的研究提供坚实的理论基础。随着石墨烯的发现，人们对二维材料的关注度以及二维材料本身的重要性都在大幅度增长，引领基于二维或原子层厚度PN结的纳米电子学新时代。这一崭新的研究领域同时也挑战着传统半导体PN结理论的普适性。近期，一些理论研究开始建议修正二维PN结（比如石墨烯PN结）中电荷载流子耗尽的规则，然而实验上的直接观测鲜有报道。

澳大利亚蒙纳士大学（Monash University）的鲍桥梁教授（点击查看介绍）和深圳大学的张晗教授（点击查看介绍）合作，通过对单个CH₃NH₃PbI₃钙钛矿纳米片表面进行空间可控电子掺杂，实现了杂化钙钛矿PN结强电荷耗尽的特性。与基于弱范德华吸附的传统二维材料表面掺杂不同，该电子掺杂在钙钛矿表面和MoO₃掺杂剂之间产生强烈的化学键合与电子耦合作用，从而增强了钙钛矿面内PN结的内建电场。与此同时，钙钛矿内在的离子极化引起较大的介电常数，促进异常广泛的电荷耗尽区形成，在热力学平衡下即达到10微米。进一步的二维静电学成像首次揭示了钙钛矿PN结耗尽层的宽度与PN结厚度的依赖关系，也为理解二维空间PN结的特性提供了借鉴意义。

研究表明，以上载流子耗尽特性主要归因于三个方面的共同作用，包括CH₃NH₃PbI₃钙钛矿较大的静态介电常数、二维纳米薄片形貌以及高效的电子掺杂。光电响应测试表明，在无外加偏压与电子传输层的条件下，所制备的钙钛矿PN结二极管具有优异的光电转换性能（外量子效率接近4%），远优于采用双栅电极掺杂构型的过渡金属硫化物PN结和黑磷PN结（一般外量子效率~0.1%）。作者期望这项关于钙钛矿PN结的工作可以为发展钙钛矿基高性能的光电器件提供的新思路。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，并作为前封面（Front cover）文章，第一作者是蒙纳士大学的博士研究生欧清东。

该论文作者为：Qingdong Ou, Yupeng Zhang, Ziyu Wang, Jodie A. Yuwono, Rongbin Wang, Zhigao Dai, Wei Li, Changxi Zheng, Zai-Quan Xu, Xiang Qi, Steffen Duhm, Nikhil V. Medhekar, Han Zhang and Qiaoliang Bao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Strong Depletion in Hybrid Perovskite p–n Junctions Induced by Local Electronic Doping

Adv. Mater., 2018, 30, 1705792, DOI: 10.1002/adma.201705792

导师介绍

鲍桥梁

http://www.x-mol.com/university/faculty/30809

张晗

http://www.x-mol.com/university/faculty/40451