圖1 利用太赫茲發射光譜揭示低維鈣鈦礦中垂直方向丹倍電流與相間傳輸電流示意圖

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術全國重點實驗室研究團隊聯合國科大杭州高等研究院、復旦大學研究團隊，利用太赫茲光譜技術實現了低維鈣鈦礦材料中垂直方向超快電流傳輸過程的原位觀測。相關研究成果以“Observation of the Transient Vertical Currents in Quasi-2D Perovskites”為題發表于ACS Energy Letters上。

準二維鈣鈦礦結合了三維鈣鈦礦的高光電轉換效率和二維疏水有機層的穩定性優勢，被視為下一代光伏器件的理想候選者之一。然而不同維度相(n相)界面處電荷傳輸過程，如光生載流子在無機層間的垂直遷移及其跨維度轉移，由于缺乏有效的原位、實時且方向敏感的探測手段，嚴重制約了材料設計與器件優化。

基于此，研究團隊融合了光泵浦太赫茲探測技術與太赫茲發射光譜技術, 利用垂直方向亞皮秒瞬態光電流作為輻射源產生太赫茲波的物理原理，即

，成功實現了對BA2MAn-1PbnIn+1 準二維鈣鈦礦薄膜中垂直方向瞬態電流的原位、超快探測。本研究通過選擇性激發特定n相的低維鈣鈦礦，清晰區分并量化了垂直方向上源于載流子濃度梯度的光生丹倍電流與界面電荷轉移的相間傳輸電流，揭示了二者的競爭關系。同時，利用太赫茲光譜研究發現，薄膜中垂直方向的[PbI6]4-無機傳輸通道與相對有序的晶體取向，是使其載流子遷移率較無序樣品提升2倍的直接原因，揭示了結晶質量與垂直光電流傳輸效率的直接聯系。該成果為高效、穩定的新型鈣鈦礦光電器件中相分布與界面傳輸通道的設計與調控提供了物理依據和太赫茲原位表征工具。

審核編輯 黃宇