住友化学联合理研等机构在无铅钙钛矿CsGeI3薄膜观测到巨大光电流，转换效率较既有材料提升一个数量级

B910化工消息：6月23日消息，住友化学株式会社联合理化学研究所、东京大学、东北大学组成的研究团队宣布，在无铅卤化物钙钛矿碘化锗铯（CsGeI3）薄膜中首次观测到巨大的光电流响应，其性能指标较已报道物质提升一个数量级以上，相关成果已于6月22日在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS，DOI：10.1073/pnas.2602252123）。

钙钛矿太阳能电池被视为日本主导研发的下一代光伏技术，但目前主流材料普遍含铅（Pb），其环境负荷与人体毒性成为产业化落地的关键顾虑。为此，学界正推进以锡（Sn）、锗（Ge）等元素替代铅的“无铅卤化物钙钛矿”研究。其中，Ge基卤化物钙钛矿不仅有望降低环境负担，还具备突出的铁电性这一特征。

研究团队由理研创发物性科学研究中心的三木孝马（研究当时为研修生，现为东京大学研究生）、中村優男上級研究員（现为东北大学教授）、川﨑雅司グループディレクター（理研理事、东京大学教授）、十倉好紀グループディレクター（东京大学卓越教授）、小川直毅グループディレクター，以及住友化学岡本敏チームディレクター（企業研究業務部研究企画統括）等组成。团队自主研发了专门用于卤化物薄膜生长的分子束外延（MBE）装置，首次成功制备出结晶取向一致、高品质的CsGeI3外延薄膜。

实验显示，在不对样品施加外部电压的条件下，该薄膜在对应CsGeI3带隙的约1.6电子伏特（eV）处出现光电流起峰，在2.9 eV附近电流符号由正转负，并在3.0 eV附近出现负峰。这种符号反转是位移电流的典型行为——位移电流源于电子波函数的量子几何效应，无需传统太阳能电池所依赖的p-n结，且对缺陷与杂质散射不敏感、具备超高速响应特性。团队还通过施加电场控制铁电极化方向，证实光电流大小可随电场方向可逆变化，进一步印证观测到的正是位移电流。

更重要的是，与已报道代表性材料相比，CsGeI3薄膜在可见光波段的位移电流性能指标高出一个数量级以上，表明其具备极高的位移电流产生能力，是下一代光电转换材料的有力候选。研究团队指出，通过精细控制薄膜的结晶性、应变与铁电畴结构，未来有望进一步增强位移电流并实现电场调控。作为无铅环境友好型材料，CsGeI3在下一代太阳能电池、高速通信用光探测器、太赫兹波段光电转换器件及非线性光学元件等领域均具备应用潜力。该成果也体现了日本企业在基础物性研究与产业转化之间的协同布局——住友化学作为共同研究方参与，意在为下一代材料技术储备知识产权与工艺基础。 （来源：Sumitomo Chemical）