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【產(chǎn)通社，5月15日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，其物理學(xué)院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心極端光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)朱瑞研究員、龔旗煌院士與英國(guó)薩里大學(xué)張偉教授、美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Thomas P. Russell教授合作，近日在介電調(diào)控提升鈣鈦礦光伏性能研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“鈣鈦礦光伏器件中的介電屏蔽”（Dielectric screening in perovskite photovoltaics）為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications, 12, 2479 （2021））。
近年來(lái)，鈣鈦礦光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性得到迅速提升，然而器件性能的進(jìn)一步優(yōu)化仍受到鈣鈦礦薄膜中缺陷誘導(dǎo)非輻射損失的嚴(yán)重阻礙。盡管鈍化策略在一定程度上能夠抑制這種損失，但大多只針對(duì)特定缺陷發(fā)揮作用，改善效果受限。因此，需要發(fā)展拓寬更具普適性的思路，以消除體系中多種類缺陷疊加造成的不利影響。
針對(duì)此問(wèn)題，北京大學(xué)物理學(xué)院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心極端光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)朱瑞研究員、龔旗煌院士課題組與英國(guó)薩里大學(xué)張偉教授、美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Thomas P. Russell教授等組成聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，基于前期在反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光伏器件上的研究成果，以介電環(huán)境調(diào)控為指導(dǎo)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜缺陷的有效屏蔽，助力提升鈣鈦礦光伏器件的性能。
一方面，研究工作由局域庫(kù)侖相互作用開(kāi)始，參考已有研究，從理論上闡明了調(diào)控鈣鈦礦的介電響應(yīng)可以減小缺陷對(duì)電荷載流子的捕獲截面，從而對(duì)缺陷產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。另一方面，從實(shí)驗(yàn)上借助堿金屬離子對(duì)介電環(huán)境的調(diào)節(jié)能力，在鈣鈦礦薄膜中有效加速了空間電荷區(qū)域鈣鈦礦的介電響應(yīng)，使得缺陷捕獲截面顯著減小，從而產(chǎn)生介電屏蔽效應(yīng)；該效應(yīng)降低了載流子被缺陷捕獲的幾率，即使缺陷仍然存在，它們?cè)谀撤N程度上對(duì)電荷載流子也是“不可見(jiàn)”的，形成了缺陷的“隱身”效果，即“缺陷隱身”。同時(shí)，鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量整體提高，載流子的表面復(fù)合與電聲耦合動(dòng)力學(xué)過(guò)程明顯改善，非輻射損失通道得到全面、顯著抑制。最終，在反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光伏器件中獲得了超過(guò)22%的光電轉(zhuǎn)換效率。該研究通過(guò)對(duì)鈣鈦礦中缺陷捕獲載流子過(guò)程的深入認(rèn)知，進(jìn)一步發(fā)展了調(diào)控降低缺陷誘導(dǎo)非輻射損失的新思路，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了通過(guò)介電調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦光伏器件的可行性，為領(lǐng)域發(fā)展拓展了新的方向。
論文的共同第一作者為北京大學(xué)物理學(xué)院2016級(jí)博士研究生蘇睿、2019屆本科畢業(yè)生許昭鑒（現(xiàn)就讀于普林斯頓大學(xué)）和2019年度博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃入選者吳疆博士，朱瑞研究員、張偉教授、Thomas P. Russell教授為共同通訊作者。上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、山西省極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、北京大學(xué)長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院等單位的大力支持。
查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站 http://news.pku.edu.cn/jxky。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布） （完）
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