给电子修“单行道”！我国科学家用太赫兹技术让光伏电池效率首次突破30%

我国下一代光伏技术取得新进展，南京大学谭海仁团队和国防科技创新研究院常超团队联合运用太赫兹技术，对全钙钛矿叠层光伏电池内部载流子输运行为实现精准、无损探测。改进后的电池光电转化效率突破30%，国际权威学术期刊《自然》10月28日在线发表相关研究论文。

这是南京大学等单位研制的光电转化效率30.1%全钙钛矿叠层光伏电池。（受访者供图）

据谭海仁介绍，钙钛矿光伏电池长期难以提升光电转化效率，主要难在无法精确探测和调控钙钛矿材料中的载流子。

而常超团队开发的非接触式、无损太赫兹辐射探测光谱表征技术，通过数十次实验有效解决了这一难题。太赫兹光子具有亚带隙能量特性，能够特异性地探测钙钛矿中自由载流子浓度，不会引发带间跃迁干扰。同时，太赫兹场振荡与载流子动量弛豫的皮秒级同步特性，为研究载流子输运行为提供了独特的时间分辨能力。

此次研究中科研人员发现，钙钛矿吸光层和空穴传输层之间的界面，是载流子损耗较多的区域。团队为此设计出一种偶极钝化层，它就像城市里的单行道，一头连着钙钛矿吸光层，一头连着空穴传输层，驱使载流子向空穴传输层运动。

太赫兹辐射探测诊断结果清晰揭示了偶极钝化策略在促进电荷传输、抑制损耗等方面的微观机制。实验数据显示，经钝化处理的钙钛矿薄膜，总载流子迁移率提升68%以上，载流子扩散长度延长近30%。

太赫兹技术指导制备高效率全钙钛矿叠层光伏电池。（受访者供图）

经国际权威第三方机构认证，用钝化处理技术制备的新型全钙钛矿叠层光伏电池，光电转化效率达30.1%，这是此类电池效率首次突破30%，目前已被国际《太阳能电池效率表》收录。

论文第一作者、南京大学现代工程与应用科学学院助理教授林仁兴表示，此次研究凸显了太赫兹光谱技术在揭示载流子本征物理特性方面的独特优势，为未来设计高效材料提供了新的技术路径。