河海大学能源与电气学院，河海大学能源与电气

近日，河海大学能源与电气学院新能源系的张怿教师团队，在光伏发电技术领域权威期刊《Progress in Photovoltaics》上发表了一篇重要的综述论文。论文的主题是“III-V族半导体中的声子瓶颈效应及其在高效热载流子光伏电池中的应用”。该论文系统地梳理了III-V族块体及低维半导体中声子瓶颈效应的机理，并深入了其在热载流子光伏电池领域的研究进展。

热载流子光伏电池是第三代太阳能光伏电池中的佼佼者，其薄膜电池结构简洁、工艺先进、成本相对较低，更重要的是，其理论效率远高于传统光伏电池。与传统单P-N结光伏电池相比，热载流子光伏电池通过充分利用载流子的热弛豫能量，显著提高了能量转换效率，有望突破Shockley-Queisser电池效率极限。

张怿教师团队及全球科研团队多年的研究指出，声子瓶颈效应在减缓载流子热弛豫速率方面发挥着关键作用。这一效应对于热载流子光伏电池的研制至关重要。该效应的机理尚不明晰，相关结论也存在分歧，因此对其进行深入研究显得迫切而必要。

III-V族半导体因其独特的物理特性，成为超高效薄膜光伏电池的主要制备材料之一。该综述论文从大量重要文献中归纳了关于声子瓶颈效应在III-V族半导体材料体系中的研究成果，并详细阐述了其在块体和低维半导体中的机制。特别是从电子能带结构角度，解释了声子瓶颈效应对载流子弛豫过程的影响及其机理。

论文还提出了影响声子瓶颈效应的四个主要因素，包括载流子密度、电子结构、声子结构和量子限制效应。基于这些因素，论文对III-V族块体及低维结构半导体中的声子瓶颈效应进行了深入的讨论。特别是针对量子阱结构砷化物半导体材料体系，指出其最有可能适用于热载流子光伏电池的吸收层及其能量选择性接触器件。

这篇综述论文是张怿博士及其他作者基于大量前期科研工作的成果。热载流子光伏电池的基础实验论证及研发工作的最初提出者是Gavin Conibeer教授和Jean-Franois Guillemoles教授。张怿博士在读博期间已开展热载流子光伏电池III-V族半导体吸收层的实验论证及其物理机理研究。他通过调节源激发光功率，基于一种新的数据拟合方法，发现了块体InGaN中载流子密度对其弛豫过程的直接影响，为声子瓶颈效应的研究提供了新的见解。

该论文的发表标志着张怿教师团队在光伏发电技术领域取得了重要突破，也为热载流子光伏电池的进一步研究提供了有力的理论支持。期待未来在这一领域能取得更多重要的科研成果，推动太阳能光伏电池的进步和发展。在深入研究InN/InGaN多量子阱中的声子瓶颈效应机理方面，我们的团队取得了重大进展。这项工作基于界面声子失配度和量子限制效应的影响，观察到了增强型声子瓶颈效应对载流子弛豫速率的显著减缓作用，其弛豫时间长达数纳秒，已满足热载流子吸收层的功能需求。此项重要的实验成果为通过声子瓶颈效应研发降低载流子弛豫速率的热载流子光伏电池吸收层提供了坚实的科学依据，并已成功发表在自然指数期刊Applied Physics Letters上。

我们的团队还结合块体半导体GaSb和InN的独特声子及电子结构特性，系统性研究了谷间散射和声子瓶颈效应对载流子弛豫速率的影响机理。我们提出了适用于通过声子瓶颈效应减缓弛豫过程的III-V族材料体系要求，并详细阐明了谷间散射和声子瓶颈效应在减少载流子弛豫方面的协同作用机制。这一重要发现已被Journal of Applied Physics接收，并作为编辑精选论文Editor’s Pick进行发布。

与此我们的团队与东南大学电子院、南京大学物理院等科研团队紧密合作，分析了量子匹配效应、声子瓶颈效应和载流子屏蔽效应对热载流子光伏电池热弛豫过程的影响。我们系统性地了III-V族半导体和钙钛矿材料体系在体结构和量子阱结构中的应用，并指出声子瓶颈效应在决定减缓载流子弛豫速率方面起着至关重要的作用。相关成果已在Solar Energy Materials and Solar Cells上发表。

这些关于新型热载流子光伏电池的研究工作，有望为降低光伏电池发电成本和提高发电效率提供新的解决方案。这不仅有助于我国光伏发电产业的高质量发展，而且有助于推动实现“双碳”国策。这些研究得到了国家自然科学基金、江苏省光伏科学技术国家重点实验室开放课题、江苏省科技计划“港澳台科技合作”专项项目以及中央高校业务费等多个项目的支持。

我们感谢所有合作伙伴的支持与帮助，流产网也对我们的研究给予了关注与帮助。我们期待这些研究成果能为行业发展提供更多有价值的启示和帮助。我们也期待更多的科研工作者关注我们的研究，共同推动科技发展，助力我国实现可持续发展目标。