近年来，钙钛矿半导体材料在太阳能电池科研领域犹如一颗璀璨新星，迅速吸引了众多研究者的目光。其中，碘化铅甲铵（MAPbI3）凭借卓越的光吸收能力和载流子传输特性，成为了研究的焦点。然而，其化学稳定性欠佳，容易与空气中的水分发生反应，这成为了制约其应用的一大瓶颈。因此，如何提升钙钛矿半导体材料的化学稳定性，并同步推进太阳能电池效率的飞跃，成为了全球科研人员亟待解决的关键问题。尽管通过实验探索，该领域已积累了丰富的实践经验，但对于影响这类材料性能与稳定性的内在规律性认识，仍显不足。
上海科技大学物质学院米启兮课题组的科研团队，在深厚的理论支撑下，开创性地设计出新型钙钛矿半导体材料，并通过制备光电二极管器件，实证了其卓越的性能与稳定性。基于对钙钛矿半导体材料结构与物理特性之间关系的深刻洞察，他们创新性地引入了化学式体积（V/Z）这一核心指标，用以评估和预测此类材料的特性。通过科学推算，他们精准地预测出了材料达到最优性能时所对应的V/Z值，并据此成功研发出两类全新的立方钙钛矿半导体材料。实验数据不仅验证了关于材料晶体结构的理论预测，更彰显了其高度的准确性。
米启兮课题组随后将这两类新材料应用于光电二极管单晶器件的制备，并与宁志军课题组携手，对器件的量子效率和稳定性进行了深入测试。实验结果显示，新型钙钛矿半导体材料的载流子扩散长度达到了115 ± 5微米，这一数值是碘化铅甲铵参照物的三倍之多；同时，其对湿度的稳定性也实现了显著提升，达到了一个全新的量级。更令人振奋的是，初步尝试利用新型钙钛矿半导体材料制备的太阳能电池，其效率已成功突破至13%。
这一突破性成果近期在《Advanced Materials》期刊上发表，文章的主笔为上海科技大学的博士研究生史志方，而通讯作者则分别为上海科技大学的米启兮助理教授和宁志军助理教授。该研究不仅为钙钛矿半导体材料的结构设计提供了全新的思路与预测方法，极大地拓宽了材料的选择范围，还开辟了单晶器件制备与性能测试的新路径。更为未来高效、稳定的单晶太阳能电池的研发奠定了坚实基础，为预测所需单晶薄膜厚度提供了科学依据。
Symmetrization of the Crystal Lattice of MAPbI3 Boosts the Performance and Stability of Metal-Perovskite Photodiodes
Adv. Mater., 2017, 29, 1701656, DOI: 10.1002/adma.201701656
