南京大學等單位研發的光電轉換效率30.1%全鈣鈦礦疊層光伏電池（研究團隊圖片）

國際期刊《自然》28日刊登由南京大學和國防科技創新研究院聯合團隊的研究成果，團隊運用太赫茲技術，對全鈣鈦礦疊層光伏電池內部載流子輸運行為實現精準、無損探測，改進後的電池光電轉化效率突破30%，目前已被國際《太陽能電池效率表》收錄。

太赫茲技術研究載流子輸運行為

《新華社》28日報道，國際期刊《自然》28日(Nature)刊登題為「具有雙極鈍化的全鈣鈦礦串聯太陽能電池」（All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation）論文，該研究成果是由南京大學譚海仁團隊和國防科技創新研究院常超團隊聯合完成。團隊運用太赫茲（Terahertz，THz）技術，對全鈣鈦礦疊層光伏電池內部載流子輸運行為實現精準、無損探測，改進後的電池光電轉化效率突破30%。

譚海仁介紹，鈣鈦礦光伏電池長期難以提升光電轉化效率，主要難在無法精確探測和調控鈣鈦礦材料中的載流子。常超團隊開發的非接觸式、無損太赫茲輻射探測光譜表徵技術，通過數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。

偶極鈍化促進電荷傳輸抑制損耗

此次研究中科研人員發現，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域。團隊為此設計出一種偶極鈍化層，它就像城市裡的單行道，一頭連著鈣鈦礦吸光層，一頭連著空穴傳輸層，驅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。實驗數據顯示，經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%。

太赫茲技術指導製備高效率全鈣鈦礦疊層光伏電池（研究團隊圖片）

經國際權威第三方機構認證，用鈍化處理技術製備的新型全鈣鈦礦疊層光伏電池，光電轉化效率達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徵物理特性方面的獨特優勢，為未來設計高效材料提供了新的技術路徑。

全鈣鈦礦疊層電池應用場景更廣

全鈣鈦礦疊層電池是一種結合了兩層鈣鈦礦太陽能電池的「疊層電池」，能夠同時吸收不同波長的光，以達到比傳統單層電池更高的光電轉換效率。鈣鈦礦光伏電池的初級產品是一層層薄膜，其中鈣鈦礦層負責吸收陽光，產生「電子-空穴對」，電子傳輸層和電洞傳輸層分別負責「拉走」電子和電洞，讓電子動起來，這樣就能產生電流。全鈣鈦礦的製造成本比常見的晶硅材料更低，同時更輕薄、可彎曲，潛在應用場景更廣。

南京大學現代工程與應用科學學院譚海仁教授課題組，於2024年已製備出大面積全鈣鈦礦疊層光伏電池，光電轉化效率達28.2%，刷新該尺寸的世界紀錄。課題組發現當擴大電池面積時，電流損失明顯，光電轉換效率下跌，課題組原本依照傳統思路認為是薄膜不均勻導致，後來優化空穴傳輸層及改進鈣鈦礦的結晶過程，但結果仍不盡人意。譚海仁當時就指出問題可能出在電子傳輸層。