中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授徐集賢團隊與合作者，針對鈣鈦礦太陽(yáng)電池中長(cháng)期普遍存在的“鈍化-傳輸”矛盾問(wèn)題，提出了命名為PIC(porous insulator contact，多孔絕緣接觸)的新型結構和突破方案，基于嚴格的模型仿真和實(shí)驗給出了PIC方案的設計原理和概念驗證，實(shí)現了p-i-n反式結構器件穩態(tài)認證效率的世界紀錄，并在多種基底和鈣鈦礦組分中展現了普遍的適用性。2月17日，相關(guān)研究成果以《通過(guò)一種多孔絕緣接觸減少鈣鈦礦太陽(yáng)電池中的非輻射復合》(Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact)為題，發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上。

科研團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)期思考和大量實(shí)驗探索，提煉出這種PIC接觸結構方案。該研究的主要思想是不依賴(lài)傳統納米級鈍化層和遂穿傳輸，而直接使用百納米級厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過(guò)局部開(kāi)孔區域進(jìn)行傳輸，同時(shí)降低接觸面積。研究團隊的半導體器件建模計算揭示了這種PIC結構周期應與鈣鈦礦載流子傳輸長(cháng)度匹配的關(guān)鍵設計原理。PIC方案與晶硅太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的局部接觸技術(shù)有異曲同工之妙，然而，不同的是，鈣鈦礦中的載流子擴散長(cháng)度較單晶硅要短很多，從毫米級別大幅減小到微米甚至更短，這要求PIC的尺寸和結構周期要在百納米級別。傳統的晶硅局部接觸工藝不能直接滿(mǎn)足這種精度要求，而使用高精度微納加工技術(shù)在制備面積和成本方面存在不足。面對這一挑戰，科研人員巧妙地利用納米片的尺寸效應，通過(guò)PIC生長(cháng)方式從常規“層+島”(Stranski-Krastanov)模式向“島狀”(Volmer-Weber)模式的轉變，采用低溫低成本的溶液法實(shí)現了這種納米結構的制備。

研究在疊層器件中廣泛使用的p-i-n反式結構中開(kāi)展了PIC方案的驗證，首 次實(shí)現了空穴界面復合速度從~60cm/s下降至10cm/s以及25.5%的單結高效率(p-i-n結構穩態(tài)認證效率紀錄24.7%)。這種性能的大幅改善在多種帶隙和組分的鈣鈦礦中均普遍存在，展現了PIC廣闊的應用前景。另外，PIC結構在多種疏水性基底均實(shí)現了鈣鈦礦成膜覆蓋率和結晶質(zhì)量的提高(載流子體相壽命大幅提升)，對于大面積擴大化制備頗有意義。

來(lái)源：索比光伏網(wǎng)