超强激光科学卓越创新简报

(第三百六十二期)

2023年2月20日

上海光机所在钙钛矿太阳能电池的极化子动力学研究方面取得进展

　　近期， 强场激光物理国家重点实验室研究团队与国科大杭州高等研究院和重庆大学合作，在钙钛矿太阳能电池的极化子动力学研究方面取得进展，相关成果以“Real-Time Observation of the Buildup of Polaron in α-FAPbI₃”为题发表于Nature Communications。

　　有机-无机杂化钙钛矿(HOIPs)是近年来备受关注的一类半导体材料，相关光伏器件的光电转换效率已经达到了26%以上。同时，极化子的形成（即载流子与晶格之间的强耦合过程）被认为对杂化有机-无机卤化物钙钛矿的光电性能起着至关重要的作用。因此，对有机-无机杂化钙钛矿的相关研究有利于进一步提高钙钛矿太阳能电池等器件的光电转换效率。

　　研究人员在利用时间分辨太赫兹光谱研究了极化子迁移率的A位调控基础之上(Journal of Energy Chemistry 76, 175-180, 2023)，提出在极化子的形成过程-亦即晶格振动与光生载流子强耦合过程中，存在着亚皮秒（10^-12次方秒）非谐耦合，根据麦克斯韦方程组，能够辐射相应声子频率的电磁波。随后，研究人员成功在-FAPbI3薄膜中实现了对极化子形成过程中的太赫兹辐射进行探测与操控。该实验成果不仅实时观测了HOIPs中的极化子形成过程，而且还发现了一种新的与A位阳离子转动相关的极化子模式，为基于HOIPs的太阳能电池中的热载流子利用提供了重要的基础研究支撑。

　　本工作得到国家自然科学基金重大研究计划、面上项目、青年基金项目的支持。

　　原文链接

(a)丹倍电流辐射太赫兹示意图；(b)太赫兹频谱; (c)极化子形成产生太赫兹辐射的原理图; (d)FAPbI3能带结构示意图; (e)不同泵浦光子能量下的太赫兹时域谱。