住友化学、理化学研究所等机构利用无铅钙钛矿实现巨光电流——致力于开发利用强介电性的环保型光电转换材料

理化学研究所、东北大学、东京大学及住友化学等机构的研究团队宣布，在具有强介电性的无铅卤化物钙钛矿薄膜中，观测到了可见光波段的巨大光电流响应。据悉，该研究成果有望加速开发具有高度环境友好性的下一代光电转换材料。

此次，联合研究团队成功制备了具有强介电性的卤化钙钛矿CsGeI3的高质量薄膜。此外，研究还揭示，该薄膜中源于电子波函数量子几何效应的“位移电流”，展现出了比已报道物质高出一个数量级以上的巨大光电流响应。

具体而言，研究人员对制备的薄膜样品进行光照射，并在未施加外部电压的条件下测量产生的光电流（无偏压光电流）。光电流从对应于CsGeI₃能带隙的约1.6电子伏特（eV）开始上升，在2.9eV附近极性从正转为负。随后在3.0eV附近出现负峰值。这种光电流极性反转无法用电极附近电场等因素产生的常规光电流来解释，而是移位电流特有的行为。

此外，将其与先前研究中通过第一性原理计算获得的移位电流光谱进行比较后发现，极性反转和负峰等特征与实验结果高度一致。这些结果表明，本研究中观测到的光电流正是移位电流。 此外，研究还证实，当向薄膜施加电场以控制强介电极化方向时，无偏压光电流的大小会随电场方向的可逆变化而改变。这一结果进一步证实，所观测到的光电流是与 CsGeI₃ 的强介电极化密切相关的位移电流。

今后，通过精确控制薄膜的结晶性、应变及强介电畴结构，有望进一步增强移位电流，并实现通过电场对光电流的控制。作为不含铅的环保型材料，预计可应用于下一代太阳能电池、下一代高速通信探测器、太赫兹波段高速光电转换器件以及非线性光学元件等领域。

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