中國科大提出鈣鈦礦太陽電池新結構方案
【化工儀器網 項目成果】太陽能電池可利用光生伏特效應把光能轉換成電能，具有可靠性高﹐壽命長﹐無污染等優點。其中，鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。
鈣鈦礦電池中，異質結接觸問題帶來的非輻射復合損失已被普遍證明是主要的性能限制因素。為了減少半導體表面的非輻射復合損失，需要覆蓋鈍化層來減少半導體表面缺陷密度。這些鈍化材料的導電率一般較低，增加其厚度會增強鈍化效果，但同時導致電流傳輸受限。即“鈍化-傳輸”矛盾。
由于“鈍化-傳輸”矛盾問題的存在，超薄鈍化層納米級別的厚度變化均會引起填充因子和電流密度的降低。因此，各類鈣鈦礦器件亟需一種新型的接觸結構能夠在提高性能的同時大幅減少鈍化厚度的敏感性。
中國科學技術大學教授徐集賢團隊與合作者，針對鈣鈦礦太陽電池中長期普遍存在的“鈍化-傳輸”矛盾問題，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驗給出了PIC方案的設計原理和概念驗證，實現了p-i-n反式結構器件穩態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。
科研團隊直接使用百納米級厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過局部開孔區域進行傳輸，同時降低接觸面積。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度匹配的關鍵設計原理。PIC方案與晶硅太陽能電池領域的局部接觸技術有異曲同工之妙，然而，不同的是，鈣鈦礦中的載流子擴散長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。
值得注意的是，PIC方案具有普遍性，可進一步在不同器件結構和不同界面中推廣拓展；模擬計算指出目前實驗實現的PIC覆蓋面積未達到其設計潛力，可進一步優化獲得更大的性能提升。
相關研究成果Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact于近日發表在國際期刊《科學》(Science)上。
來源： 中國科學技術大學
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