近日，许昌学院材料与化工学院郑直教授团队和国家纳米中心丁黎明教授合作，在新型薄膜太阳能电池材料领域取得重要进展。相关研究成果以 “One-Step Gas-Solid Phase Diffusion Induced Elemental Reaction for Bandgap Tunable Cu_aAg_m1Bi_m2I_n/CuI Thin Film Solar Cells” 为题在线发表于TOP期刊杂志Nano-Micro Lett. 15, 58 (2023) (影响因子：23.6). https://doi.org/10.1007/s40820-023-01033-5。

综合考虑材料元素丰度、成本、效率、环保以及稳定性等因素，人们对新型光伏材料的追求和研发从未间断。通过利用单金属/多金属离子替换Pb离子构建环境友好的全无机光伏材料已经成为一个重要的研究方向。利用Ag⁺和Bi³⁺组成替换Pb²⁺的Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿材料，由于具有高的吸收系数(10⁵ cm^-1)、较长的载流子寿命和较好的稳定性逐渐成为一个研究热点。然而，目前报道的纯无机双钙钛矿结构大多具有间接带隙，即使通过各种手段修饰也很难达到单结太阳能电池材料所需的理想带隙值。

鉴于此，郑直教授课题组利用廉价的Cu⁺替代Cs⁺，通过气-固相反应诱导原子扩散氧化还原反应的方法制备出一系列带隙可调的Cu_aAg_m1Bi_m2I_n/CuI双层结构半导体薄膜材料。通过调控溅射Cu/Ag/Bi金属薄膜厚度，使Cu_aAg_m1Bi_m2I_n的带隙从2.0 eV降低到了1.78 eV。构建的FTO/TiO₂/Cu_aAg_m1Bi_m2I_n/CuI/Carbon结构的太阳能电池，最高光电转换效率达到2.76%，这是目前该类材料中最高的光电转换效率。此项工作为开发下一代高效、稳定、环保的光伏材料提供了一条切实可行的路径。

许昌学院为第一单位，2020级博士生范二闯为第一作者，郑直教授、丁黎明教授、刘满营博士是论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金以及中原学者等项目资助。

图Cu_aAg_m1Bi_m2I_n/CuI薄膜制备与结构表征图