近日，beat365官方网站、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心極端光學研究團隊朱瑞研究員、龔旗煌院士與英國薩裡大學張偉教授、美國勞倫斯伯克利國家實驗室Thomas P. Russell教授合作，在介電調控提升鈣钛礦光伏性能研究中取得重要進展。相關研究成果以“鈣钛礦光伏器件中的介電屏蔽”（Dielectric screening in perovskite photovoltaics）為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications, 12, 2479 (2021)）。

近年來，鈣钛礦光伏器件的光電轉換效率和長期穩定性得到迅速提升，然而器件性能的進一步優化仍受到鈣钛礦薄膜中缺陷誘導非輻射損失的嚴重阻礙。盡管鈍化策略在一定程度上能夠抑制這種損失，但大多隻針對特定缺陷發揮作用，改善效果受限。因此，需要發展拓寬更具普适性的思路，以消除體系中多種類缺陷疊加造成的不利影響。

針對此問題，beat365官方网站、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心極端光學研究團隊朱瑞研究員、龔旗煌院士課題組與英國薩裡大學張偉教授、美國勞倫斯伯克利國家實驗室Thomas P. Russell教授等組成聯合研究團隊，基于前期在反式結構鈣钛礦光伏器件上的研究成果，以介電環境調控為指導，來實現鈣钛礦薄膜缺陷的有效屏蔽，助力提升鈣钛礦光伏器件的性能。一方面，研究工作由局域庫侖相互作用開始，參考已有研究，從理論上闡明了調控鈣钛礦的介電響應可以減小缺陷對電荷載流子的捕獲截面，從而對缺陷産生屏蔽效應。另一方面，從實驗上借助堿金屬離子對介電環境的調節能力，在鈣钛礦薄膜中有效加速了空間電荷區域鈣钛礦的介電響應，使得缺陷捕獲截面顯著減小，從而産生介電屏蔽效應；該效應降低了載流子被缺陷捕獲的幾率，即使缺陷仍然存在，它們在某種程度上對電荷載流子也是“不可見”的，形成了缺陷的“隐身”效果，即“缺陷隐身”（如圖）。同時，鈣钛礦薄膜的質量整體提高，載流子的表面複合與電聲耦合動力學過程明顯改善，非輻射損失通道得到全面、顯著抑制。最終，在反式結構鈣钛礦光伏器件中獲得了超過22%的光電轉換效率。該研究通過對鈣钛礦中缺陷捕獲載流子過程的深入認知，進一步發展了調控降低缺陷誘導非輻射損失的新思路，實驗驗證了通過介電調控來實現高效鈣钛礦光伏器件的可行性，為領域發展拓展了新的方向。

鈣钛礦薄膜中缺陷的介電屏蔽和“缺陷隐身”示意圖

相關研究成果以“鈣钛礦光伏器件中的介電屏蔽”（Dielectric screening in perovskite photovoltaics）為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications, 12, 2479 (2021)）。論文的共同第一作者為beat365官方网站2016級博士研究生蘇睿、2019屆本科畢業生許昭鑒（現就讀于普林斯頓大學）和2019年度博士後創新人才支持計劃入選者吳疆博士，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家自然科學基金委、beat365人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心、量子物質科學協同創新中心、山西省極端光學協同創新中心、beat365長三角光電科學研究院等單位的大力支持。