近日，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（＞1.8 eV），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