南京大学罗文俊邹志刚团队发现法拉第结的光电压记忆效应

南京大学罗文俊/邹志刚团队发现法拉第结具有光电压记忆效应，相关成果以「Photovoltage Memory Effect in a Portable Faradaic Junction Solar Rechargeable Device」为题发表于《自然·通讯》，该效应可提升太阳能充电器件性能并实现便携化，同时为模拟视觉暂留现象提供新思路。研究背景与核心问题清洁能源需求：太阳能作为可再生能源，其直接转化与存储是实现“双碳目标”的关键。然而，光伏电池受昼夜交替和天气影响，无法持续供电，需通过化学能存储解决间歇性问题。法拉第结的提出：罗文俊副教授提出法拉第结概念，并开发了基于该结构的两端口太阳能充电器件，旨在实现低成本太阳能存储。但此前器件存在界面电荷传输机制不明、性能不足及体积庞大等问题，限制了实际应用。创新研究内容器件结构与发现：团队以n-Si/CoOx作为光电极、MnOx作为对电极构筑了两端口法拉第结器件，发现其暗态输出电压可精确记录光生电压，即具有光电压记忆效应。对比商业Si光伏电池（仅光照时产生电压，关光后无输出），法拉第结器件在关光后仍能保持光充电电位（图1）。图1. p-n结中的光伏效应与法拉第结中光电压记忆效应对比机制研究：通过计时开路电位法监测电极电位，发现光照下Si光电极中的电子与空穴准费米能级位置分别被MnOx和CoOx通过法拉第反应记录。MnOx和CoOx具有高赝电容特性，使关光后光充电电位得以保持（图2）。图2. 光伏效应（a）与光电压记忆效应（b）的工作原理性能优化与便携化：光电压记忆效应减少了界面能量损失，显著提升了器件性能。采用半透明对电极替代传统不透明电极，将器件体积缩小至便携尺寸，实现了高能量存储密度的便携式太阳能充电器件（图3）。图3. 光电压记忆效应对太阳能充电器件性能的影响（a,b）以及便携式器件照片（c, d）研究意义与应用前景太阳能存储领域：光电压记忆效应解决了传统器件性能低、体积大的问题，为低成本、高效率太阳能充电技术提供了新方案。跨学科启发：该效应可能用于模拟人眼中的视觉暂留现象，课题组正开展相关研究，探索其在生物仿生领域的应用潜力。研究支持与团队资助项目：研究得到国家自然科学基金（21875105）、国家重点研发计划（2017YFE0120700）等支持。合作团队：由南京大学罗文俊副教授、邹志刚院士团队与南京工业大学孙庚志教授合作完成，论文第一作者为南京大学物理学院2017级博士生王品。论文与专利论文链接：Nature Communications论文其他相关论文：iScience 2020, Nat. Commun. 2021, Chem. Sci. 2020等。中国发明专利：202011039834.5；202111132501.1。