近日，南方科技大学电子与电气工程系2016级本科生陈柏安以第一作者身份在知名学术期刊Materials Today Physics发表关于钙钛矿材料超快载流子动力学的最新研究成果，论文题目为“Strong band filling induced significant excited state absorption in MAPbI₃ under high pump power”。

钙钛矿材料兼具载流子寿命长、扩散系数大、光吸收强等优异的物理性能，被认为是未来太阳能电池的热门候选材料。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率有较大突破，已可匹敌商业化标准硅基电池效率。然而对于传统的光伏器件而言，其能量转化效率存在着肖克利-奎伊瑟极限（Shockley-Queisser limit），也就是单结太阳能电池功率转换效率的极限。现有研究表明，巧妙利用材料中的热电子有望突破这一极限。因此，对于钙钛矿材料的超快载流子动力学研究极为重要。在本研究中，基于飞秒超快瞬态吸收光谱技术，研究者成功地对不同泵浦功率下钙钛矿材料光生载流子的超快动力学过程进行了探究。

据介绍，钙钛矿材料光生载流子的冷却和复合过程是其弛豫到带边过程中最重要的两个部分。研究者针对不同泵浦功率下钙钛矿材料的飞秒瞬态吸收光谱，提出了双导带的能带结构并讨论了其能量转移的过程。在实验中观察到了高泵浦功率下独特而显著的激发态吸收信号和强烈的俄歇效应。

图1：MAPbI₃样品在不同泵浦功率下的瞬态吸收光谱

图2：MAPbI₃样品的双导带能带结构示意图

通过对不同泵浦功率下的基态漂白衰减曲线进行公式拟合，研究人员对载流子冷却过程和复合过程进行了表征，发现了材料存在冷却过程中的热声子瓶颈效应，并计算出俄歇效应出现的临界泵浦功率为0.1 mW，该临界状态下的载流子浓度为9.32×10¹⁷ cm^-3。

图3：MAPbI₃样品载流子复合过程的拟合与分析

该研究成果探究了钙钛矿材料光生载流子的超快动力学规律，对进一步发展其在光电器件中的应用具有重要的指导意义。

陈柏安于2016年9月开始南科大本科阶段的学习。学习之余，他展现出了强烈的学习意愿与研究兴趣，并最终得到了陈锐老师的信任与支持，于2018年9月正式进入微纳光子学实验室并开始钙钛矿材料光物理领域的相关研究。次年5月，他凭借出色的科研能力申请到了省级大学生创新创业训练计划项目，并担任项目负责人。目前，他已接受香港理工大学-南方科技大学联合培养博士研究生的offer，并计划在攻读博士期间，继续进行材料光物理领域的研究。

陈柏安与课题组成员们在一起

Materials Today Physics是材料物理领域新的著名学术杂志。在2020年6月发布的科睿唯安发布2019年度《期刊引证报告》中，Materials Today Physics收获的第一个影响因子为IF=10.443。陈柏安与庞国涛（2017级哈尔滨工业大学-南方科技大学联合培养研究生，已毕业，现在加拿大多伦多大学攻读博士学位）为本论文的共同第一作者，合作作者为南方科技大学材料科学与工程系研究生兰小奇和何祝兵副教授，南方科技大学为论文通讯单位，陈锐教授为本论文唯一通讯作者。