我国科学家揭示钙钛矿材料中 电荷输运独特量子干涉效应光电转换效率突破25%

钙钛矿太阳电池在短短7年间光电转换效率突破25%，媲美已有40多年发展历程的传统晶硅太阳电池，伴随性能研究的深入，其科学机制研究日益备受关注。近日，南开大学电子信息与光学工程学院李跃龙副教授与厦门大学化学化工学院洪文晶教授团队、英国兰卡斯特大学科林·兰伯特院士合作，在国际上首次报道了钙钛矿材料在纳米尺度电荷输运中的独特量子干涉效应，为制备基于量子效应的钙钛矿材料和器件提供了可能，相关研究成果于近日在线发表于国际权威期刊《自然·通讯》上。

钙钛矿材料由于其优异的光电子学特性成为近年来材料科学研究热点，在太阳能电池、发光二极管和光电检测器等领域已有诸多成功应用。“电荷在钙钛矿材料中的输运过程是影响其性能的关键步骤之一，理解和研究钙钛矿材料中，电子输运在纳米尺度下的独特效应，对钙钛矿材料与器件的设计和性能进一步提升具有重要指导意义。”李跃龙说。

为此，李跃龙等研究人员设计合成了一系列钙钛矿量子点，并依托厦门大学洪文晶教授团队自主研发的具有皮米级位移调控精度的科学仪器，对钙钛矿量子点开展原位测试。通过金电极在钙钛矿晶胞间的滑移，研究人员实现了对单个晶胞上距离仅5埃米不同连接位点之间的电荷输运测试，并意外观测到当电极连接到同一晶胞不同位点时，其电荷输运能力具有了接近一个量级的显著增强。通过与科林·兰伯特院士合作，研究人员揭示了这一未曾报道的电导增强现象，源于电荷输运经由纳米尺度钙钛矿材料时发生的量子干涉效应。

这一跨学科国际合作取得的重要突破，成功将量子干涉研究体系拓展至钙钛矿材料领域，有望揭开高效钙钛矿太阳能电池等光电器件背后的秘密，并开辟基于量子效应的新型高性能钙钛矿光电器件的全新研究领域。