我國(guó)太赫茲探測(cè)鈣鈦礦光伏技術(shù)登上權(quán)威期刊《自然》

我國(guó)下一代光伏技術(shù)取得新進(jìn)展，南京大學(xué)譚海仁團(tuán)隊(duì)和國(guó)防科技創(chuàng)新研究院常超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合運(yùn)用太赫茲技術(shù)，對(duì)全鈣鈦礦疊層光伏電池內(nèi)部載流子輸運(yùn)行為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、無(wú)損探測(cè)。改進(jìn)后的電池光電轉(zhuǎn)化效率突破30%，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》10月28日在線發(fā)表相關(guān)研究論文。

這是南京大學(xué)等單位研制的光電轉(zhuǎn)化效率30.1%全鈣鈦礦疊層光伏電池。（受訪者供圖）

據(jù)譚海仁介紹，鈣鈦礦光伏電池長(zhǎng)期難以提升光電轉(zhuǎn)化效率，主要難在無(wú)法精確探測(cè)和調(diào)控鈣鈦礦材料中的載流子。

而常超團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的非接觸式、無(wú)損太赫茲輻射探測(cè)光譜表征技術(shù)，通過(guò)數(shù)十次實(shí)驗(yàn)有效解決了這一難題。太赫茲光子具有亞帶隙能量特性，能夠特異性地探測(cè)鈣鈦礦中自由載流子濃度，不會(huì)引發(fā)帶間躍遷干擾。同時(shí)，太赫茲場(chǎng)振蕩與載流子動(dòng)量弛豫的皮秒級(jí)同步特性，為研究載流子輸運(yùn)行為提供了獨(dú)特的時(shí)間分辨能力。

此次研究中科研人員發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層之間的界面，是載流子損耗較多的區(qū)域。團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)出一種偶極鈍化層，它就像城市里的單行道，一頭連著鈣鈦礦吸光層，一頭連著空穴傳輸層，驅(qū)使載流子向空穴傳輸層運(yùn)動(dòng)。

太赫茲輻射探測(cè)診斷結(jié)果清晰揭示了偶極鈍化策略在促進(jìn)電荷傳輸、抑制損耗等方面的微觀機(jī)制。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)鈍化處理的鈣鈦礦薄膜，總載流子遷移率提升68%以上，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度延長(zhǎng)近30%。

太赫茲技術(shù)指導(dǎo)制備高效率全鈣鈦礦疊層光伏電池。（受訪者供圖）

經(jīng)國(guó)際權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證，用鈍化處理技術(shù)制備的新型全鈣鈦礦疊層光伏電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)30.1%，這是此類電池效率首次突破30%，目前已被國(guó)際《太陽(yáng)能電池效率表》收錄。

論文第一作者、南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院助理教授林仁興表示，此次研究凸顯了太赫茲光譜技術(shù)在揭示載流子本征物理特性方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)設(shè)計(jì)高效材料提供了新的技術(shù)路徑。