近日，河北大学先进钝化技术实验室在钙钛矿铁电氧化物材料缺陷钝化和性能提升研究方面再次取得重要进展。相关工作“Synergistic enhancement of ferroelectric–piezoelectric–photoelectric triad in Pb(Zr0.4,Ti0.6)O₃thin films through self-assembled monolayers”发表在《Applied Physics Letters》，硕士研究生孟浩和李紫蕊为论文共同第一作者，陈剑辉研究员与陈兵兵博士为共同通讯作者。
近年来，自组装单分子层（SAMs）在钙钛矿太阳能电池中得到了广泛关注。SAMs能与半导体表面形成强化学键，有效钝化界面缺陷，从而显著提升器件的光电转换效率和运行稳定性。这些进展凸显了SAMs的双重功能：既能抑制非辐射复合，又能促进载流子的高效提取。尽管SAMs在有机-无机杂化钙钛矿体系中已有深入研究，但其在无机氧化物钙钛矿中的应用仍鲜有探索，成为未来研究的一个重要方向。
在本项研究中，团队通过引入Me-4PACz自组装单分子层，显著提升了PZT(锆钛酸铅)薄膜的铁电、压电和光电性能。实验结果表明，Me-4PACz有效钝化了表面缺陷，降低了漏电流，并通过X射线光电子能谱（XPS）分析得到验证。这种缺陷钝化机制是性能提升的关键。具体而言，经过Me-4PACz处理的PZT钙钛矿薄膜，其剩余极化强度（Pr）从26μC/cm²提升至31 μC/cm²，增幅达19%；压电系数（d₃₃）从100–150 pm/V提升至200–250 pm/V，实现了翻倍增长，优于传统稀土掺杂策略。此外，Me-4PACz与PZT之间的能级匹配还促进了光照下的极化增强。
这种基于自组装单层的策略有望在其他钙钛矿氧化物系统中得到更广泛的应用，为同时提升铁电、压电和光电性能提供了新路径。为超密度存储器、低损耗传感器和能量收集器件的发展奠定了基础。
以上研究工作得到了国家自然科学基金、中德博士后交流项目、河北省自然科学基金、河北大学跨学科研究项目、河北大学生命科学与绿色发展学科群项目等经费的资助和支持。
