近日，東南大學物理學院王金蘭教授課題組與其合作者，德國不萊梅大學Thomas Frauenheim教授課題組及美國南加州大學Oleg V. Prezhdo教授在鈣鈦礦激發態動力學方面取得重要進展，相關成果以“Control of Hot Carrier Cooling in Lead Halide Perovskites by Point Defects”為題發表在化學類頂級期刊《美國化學會會志》(Journal of the American Chemical Society) 上。

隨著化石能源的枯竭以及環境問題的日益嚴重，太陽能等清潔能源的有效利用成為解決這一問題的重要手段之一，設計高效的太陽能電池因此受到人們的廣泛關注。其中，鉛鹵鈣鈦礦因其光吸收強、載流子壽命久、擴散距離長以及合成簡單等特點成為近年來太陽能電池領域十分熱門的材料，具有潛在的商業應用價值與前景。然而，由于光激發產生的熱載流子弛豫時間極短，其所攜帶的大量光子能量往往會以熱的形式釋放而難以被提取利用，進而使得能量轉換效率無法超越Shockley−Queisser能量極限。因此，如何有效減慢鈣鈦礦材料中光激發熱載流子冷卻成為突破這一限制的關鍵問題。

針對上述問題，王金蘭教授及其合作者以實驗上已經合成的MAPbI3鈣鈦礦為例，基于非絕熱分子動力學模擬方法，針對鈣鈦礦材料中常見的本征點缺陷進行研究，提出了一種向鈣鈦礦晶格中引入填隙碘離子來減緩熱載流子冷卻的新策略，并通過對電子結構和熱載流子-聲子相互作用進行分析，揭示了這一策略背后的潛在物理機制。計算結果表明，通過引入填隙碘離子，熱載流子冷卻壽命得到了顯著的延長，為實現熱載流子的高效利用提供了新的思路。此外，文章還進一步探討了氧氣對熱載流子冷卻過程產生的不利影響，對實驗上制備高效熱載流子光伏器件具有重要的理論指導意義。

本研究論文的第一作者是物理學院周兆波博士，東南大學為第一通訊單位，王金蘭教授、Thomas Frauenheim教授以及Oleg V. Prezhdo教授為共同通訊作者。該工作受到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目等資助。