中国科大实现一项新世界纪录
合肥在线-合肥晚报
2023-02-21 08:42:03
(资料图)
2月20日，记者从中国科学技术大学获悉，该校徐集贤教授团队与合作者针对钙钛矿太阳电池中长期普遍存在的“钝化-传输”矛盾问题，提出了一种命名为PIC（多孔绝缘接触）的新型结构和突破方案。在相关实验中，实现了p-i-n反式结构器件稳态认证效率的世界纪录，并在多种基底和钙钛矿组分中展现了普遍的适用性。
钙钛矿太阳电池技术近些年引起了广泛关注，其主要器件类型包括钙钛矿单结、晶硅-钙钛矿叠层、全钙钛矿叠层电池等，有望在传统晶硅太阳电池之外提供新的低成本高效率光伏方案。
不过在钙钛矿电池中，异质结接触问题带来的非辐射复合损失，已经被普遍证明是主要的性能限制因素。由于“钝化-传输”矛盾问题的存在，超薄钝化层纳米级别的厚度变化都会引起填充因子和电流密度的降低。因此，各类钙钛矿器件都亟需一种新型的接触结构，能够在提高性能的同时大幅减少钝化厚度的敏感性。
研究团队经过长期思考和大量实验探索，提炼出PIC接触结构方案。这种方案不依赖传统纳米级钝化层和遂穿传输，而直接使用百纳米级厚度的多孔绝缘层，迫使载流子通过局部开孔区域进行传输，同时降低接触面积。
该团队通过PIC生长方式从常规“层+岛”模式向“岛状”模式的转变，成功利用低温低成本的溶液法实现了这种纳米结构的制备。同时，团队在叠层器件中广泛使用的p-i-n反式结构中，开展了PIC方案的验证，首次实现了空穴界面复合速度从60厘米/秒下降至10厘米/秒，以及25.5%的单结最高效率（p-i-n结构稳态认证效率纪录24.7%）。
这种性能的大幅改善在多种带隙和组分的钙钛矿中都普遍存在，展现了PIC广泛的应用前景。PIC结构在多种疏水性基底都实现了钙钛矿成膜覆盖率和结晶质量的提高，对于大面积扩大化制备也很有意义。
《科学》杂志审稿人评价：“PIC结构得到了很好展示，并首次在空穴传输界面实现……这种方法将会对未来的局部钝化技术研究产生重要影响。”
科研人员表示，这一方案具有普遍性，可进一步在不同器件结构和不同界面中推广拓展。同时模拟计算指出，目前实验实现的PIC覆盖面积还远未达到其设计潜力，还可进一步优化，获得更大的性能提升。
合报科学+融媒体工作室
合肥通客户端-合报全媒体记者 刘畅司晨
