钙钛矿铁电体材料是一种具有钙钛矿结构并兼具铁电效应的一类材料，这类材料在铁电存储器，太阳能电池和薄膜场效应晶体管等方面备受青睐。然而，传统的钙钛矿铁电体材料由于制备成本高，带隙较宽等缺点限制了其在光伏电池等方面的应用；因此，如何开发出具有窄带隙的铁电材料成为一项重要的研究。有机无机杂化的钙钛矿铁电体，又称分子铁电体，通过替换其中的无机部分，具有带隙可调的特性。且铁电体自发极化所产生的内建电场，能够提高光伏电池的能量转化效率。因此，通过设计并制备出具有窄带隙的分子铁电晶体是及有意义的。

近日，材料学院强度室的邓俊楷副教授同江南大学宋俊玲副教授合作，设计并制备出有机无机杂化的钙钛矿晶体，并利用实验设备表征其性能。通过选择具有不对称结构的N-甲基咪唑作为有机部分，利于得到非中心对称结构，从而制备出具有铁电性的材料。利用金属Bi代替有毒的Pb作为无机部分，制备出新的分子晶体[N,N-二甲基咪唑]₃Bi₂I₉。通过表征发现该材料有一个较高的热稳定性（~523K），并在327K发生顺电到铁电的相变，且该相变温度大于室温。通过光学性能的表征，发现该材料具有一个窄的带隙为2.1eV。这些优异的性能使得该材料在光伏电池方面有一个较大的应用潜力。

本项研究成果最近以“Lead-free molecular ferroelectric [N,N-dimethylimidazole]₃Bi₂I₉ with narrow bandgap”为题发表在期刊Materials & Design（IF= 6.289）上。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位，论文第一作者杨伟杰是材料学院邓俊楷副教授培养的博士生。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、港澳与海外学者合作研究基金项目、创新引智111计划2.0项目以及中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108868