我科學家揭示鈣鈦礦材料中電荷輸運獨特量子干涉效應(yīng)

鈣鈦礦太陽電池在短短7年間光電轉(zhuǎn)換效率突破25%，媲美已有40多年發(fā)展歷程的傳統(tǒng)晶硅太陽電池，伴隨性能研究的深入，其科學機制研究日益?zhèn)涫荜P(guān)注。近日，南開大學電子信息與光學工程學院李躍龍副教授與廈門大學化學化工學院洪文晶教授團隊、英國蘭卡斯特大學科林·蘭伯特院士合作，在國際上首次報道了鈣鈦礦材料在納米尺度電荷輸運中的獨特量子干涉效應(yīng)，為制備基于量子效應(yīng)的鈣鈦礦材料和器件提供了可能，相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·通訊》上。

鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的光電子學特性成為近年來材料科學研究熱點，在太陽能電池、發(fā)光二極管和光電檢測器等領(lǐng)域已有諸多成功應(yīng)用。“電荷在鈣鈦礦材料中的輸運過程是影響其性能的關(guān)鍵步驟之一，理解和研究鈣鈦礦材料中，電子輸運在納米尺度下的獨特效應(yīng)，對鈣鈦礦材料與器件的設(shè)計和性能進一步提升具有重要指導意義。”李躍龍說。

為此，李躍龍等研究人員設(shè)計合成了一系列鈣鈦礦量子點，并依托廈門大學洪文晶教授團隊自主研發(fā)的具有皮米級位移調(diào)控精度的科學儀器，對鈣鈦礦量子點開展原位測試。通過金電極在鈣鈦礦晶胞間的滑移，研究人員實現(xiàn)了對單個晶胞上距離僅5埃米不同連接位點之間的電荷輸運測試，并意外觀測到當電極連接到同一晶胞不同位點時，其電荷輸運能力具有了接近一個量級的顯著增強。通過與科林·蘭伯特院士合作，研究人員揭示了這一未曾報道的電導增強現(xiàn)象，源于電荷輸運經(jīng)由納米尺度鈣鈦礦材料時發(fā)生的量子干涉效應(yīng)。

這一跨學科國際合作取得的重要突破，成功將量子干涉研究體系拓展至鈣鈦礦材料領(lǐng)域，有望揭開高效鈣鈦礦太陽能電池等光電器件背后的秘密，并開辟基于量子效應(yīng)的新型高性能鈣鈦礦光電器件的全新研究領(lǐng)域。(陳曦通訊員喬仁明)

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