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我國下一代光伏技術取得新進展，南京大學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，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、無損探測。改進后的電池光電轉(zhuǎn)化效率突破30%，國際權威學術期刊《自然》10月28日在線發(fā)表相關研究論文。
這是南京大學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，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%。
太赫茲技術指導制備高效率全鈣鈦礦疊層光伏電池。（受訪者供圖）
經(jīng)國際權威第三方機構認證，用鈍化處理技術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、南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院助理教授林仁興表示，此次研究凸顯了太赫茲光譜技術在揭示載流子本征物理特性方面的獨特優(yōu)勢，為未來設計高效材料提供了新的技術路徑。（記者陳席元）
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