我國下一代光伏技術(shù)取得新進展，南京大學(xué)譚海仁團隊和國防科技創(chuàng)新研究院常超團隊聯(lián)合運用太赫茲技術(shù)，對全鈣鈦礦疊層光伏電池內(nèi)部載流子輸運行為實現(xiàn)精準(zhǔn)、無損探測。改進后的電池光電轉(zhuǎn)化效率突破30%，國際權(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，鈣鈦礦光伏電池長期難以提升光電轉(zhuǎn)化效率，主要難在無法精確探測和調(diào)控鈣鈦礦材料中的載流子。

　　而常超團隊開發(fā)的非接觸式、無損太赫茲輻射探測光譜表征技術(shù)，通過數(shù)十次實驗有效解決了這一難題。太赫茲光子具有亞帶隙能量特性，能夠特異性地探測鈣鈦礦中自由載流子濃度，不會引發(fā)帶間躍遷干擾。同時，太赫茲場振蕩與載流子動量弛豫的皮秒級同步特性，為研究載流子輸運行為提供了獨特的時間分辨能力。

　　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。團隊為此設(shè)計出一種偶極鈍化層，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動。

　　太赫茲輻射探測診斷結(jié)果清晰揭示了偶極鈍化策略在促進電荷傳輸、抑制損耗等方面的微觀機制。實驗數(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，載流子擴散長度延長近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)國際權(quán)威第三方機構(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30.1%，這是此類電池效率首次突破30%，目前已被國際《太陽能電池效率表》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特優(yōu)勢，為未來設(shè)計高效材料提供了新的技術(shù)路徑。（記者陳席元）