近日，贾瑜教授课题组的研究成果《The structural stability and defect-tolerance of ionic spinel semiconductors for high-efficiency solar cells》于Journal of Materials Chemistry A（J. Mater. Chem. A 2021,DOI: 10.1039/D1TA02409D）杂志上发表。该杂志影响因子为11.301，JCR分区一区，文章链接https://doi.org/10.1039/D1TA02409D。

目前，缺陷容忍性和结构稳定性难以兼容的特征严重地阻碍了高效太阳能电池广泛应用。通常，由四面体构型组成的共价/极性半导体易表现出较强的结构稳定性，却有着较差的缺陷容忍度。相反，离子半导体虽然表现出良好的缺陷容忍性，但由于其不稳定的八面体构型，在太阳能电池应用方面受到了很大的阻碍。

文章结合了共价半导体的稳定框架和离子半导体的良好缺陷性质这两个方面，发现HgX₂S₄ (X = In, Sc和Y)尖晶石半导体可兼备以上优点。尖晶石中四面体和八面体结构的紧密结合确保了体系结构稳定，且导带底(CBM)和价带顶(VBM)分别主要由Hg-6s/X-ns(d)轨道和S-3p轨道贡献，表现出典型的带边离子特性，使得HgX₂S₄也具有较好的缺陷容忍性。另外，主量子数(n)较大的Hg-6s/X-ns(d)空间离域轨道导致CBM显著的向下弯曲，这不仅导致了合适的光学带隙，而且促进了n型载流子的形成和输运。

文章从结构稳定性、缺陷耐受性、载流子浓度和器件设计方面系统介绍了汞基硫系尖晶石晶体作为高效太阳能电池的优点，并提出在尖晶石结构框架下，用具有离域的外层轨道且对环境友好的阳离子取代汞是合成环保耐用、耐缺陷光伏材料的新途径。

特种功能材料教育部重点实验室硕士研究生梁汉针和博士研究生项会雯为论文共同一作，实验室刘成延老师为文章通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金和河南省高校重点科研项目的支持。