使用多孔绝缘体触点减少钙钛矿太阳能电池中的非辐射复合

从 3D 周期性结构简化的 2D PIC 模型示意图，电介质宽度 d=100 nm，间距为 (A) 25 nm 和 (B) 400 nm。箭头表示钙钛矿和 HTL 之间的接触区域（开口区域）。学分：科学（2023）。DOI：10.1126/science.ade3126

中国科学院（CAS）中国科学技术大学（USTC）徐继先教授领导的研究团队设计并制造了一种用于钙钛矿太阳能电池的新型多孔绝缘体接触（PIC）。PIC 改善了非辐射电荷复合效应，相应的太阳能电池实现了高达 25.5% 的效率。该研究发表在《科学》杂志上。

减少光电流传输界面处电荷复合的传统策略主要是插入超薄（~1 nm）钝化层，这是光吸收体和空穴传输层（HTL）之间的低导电材料。然而，考虑到钝化层厚度的轻微增加会导致光电流传输的急剧下降，钝化和传输之间总是存在折衷。

在这项研究中，研究人员试图通过将 PIC 引入钙钛矿太阳能电池来打破这种权衡。PIC 是具有随机纳米级开口的厚（~100 nm）介电层。光电流传输没有被牺牲，因为电流通过 PIC 中的开口传输而不是隧道效应。进一步的测量还证实，表面复合速度（SRV）降低了近七倍，这表明钝化成功。

此外，研究人员调查了 PIC 卓越性能的起源。他们发现复合减少是表面积减少和钝化效应共同作用的结果。PIC 和钙钛矿层之间的表面润湿性得到改善，从而产生更高的钙钛矿结晶质量，从而延长本体复合寿命。

该研究为减少电荷复合和提高功率转换效率提供了一种新的策略。研究人员还指出，随着 PIC 结构的进一步改进，效率可能会更高。