半導(dǎo)體Ⅱ型異質(zhì)結(jié)是光電器件（如光伏器件和光電探測器件）中的關(guān)鍵組成部分。傳統(tǒng)理論認(rèn)為層間電荷轉(zhuǎn)移是半導(dǎo)體Ⅱ型異質(zhì)結(jié)中主要的載流子弛豫機制。

近日，陜西科技大學(xué)物理與信息科學(xué)學(xué)院許并社團(tuán)隊韓斌副教授在國際高影響力期刊[Advanced Functional Materials]發(fā)表題為“Manipulating Interlayer Carrier Relaxation Dynamics in Type-II Heterostructures of 2D Hybrid Perovskites Through Organic Spacer Engineering”的高水平論文。韓斌帶領(lǐng)碩士生邱琪、湯言韌等人結(jié)合實驗和理論計算證明了在由二維有機-無機雜化鈣鈦礦構(gòu)成的Ⅱ型異質(zhì)結(jié)中，載流子弛豫機制可由電荷轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰哭D(zhuǎn)移，且無需額外的電荷阻擋層。

研究結(jié)果顯示，在具有相同有機間隔層的二維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)中，如BA2PbI4/BA2MA2Pb3I10異質(zhì)結(jié)，電荷轉(zhuǎn)移占主導(dǎo)地位。然而，當(dāng)將異質(zhì)結(jié)其中一層中的有機間隔層BA替換為PEA時，即形成BA2PbI4/PEA2MA2Pb3I10時，載流子弛豫過程就從電荷轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰哭D(zhuǎn)移。盡管這兩種異質(zhì)結(jié)都是Ⅱ型能帶排列，但密度泛函理論計算表明，用PEA取代BA會形成一種新型的Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)。這種新的能帶結(jié)構(gòu)抑制了電子和空穴的分離，從而使得能量轉(zhuǎn)移比電荷轉(zhuǎn)移更占優(yōu)勢。這項研究不僅為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中層間載流子弛豫動力學(xué)提供了重要見解，而且對于未來基于二維有機-無機雜化鈣鈦礦光電器件的設(shè)計也至關(guān)重要。