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【导读】

目前，对于在电子传输层（ETL）上沉积钙钛矿的传统n-i-p器件，功率转换效率（PCE）已达到25.7%。p-i-n电池也达到了约24%的认证PCE。尽管p-i-n电池的PCE落后于n-i-p电池，但事实上，倒置p-i-n结构其制备工艺更加简单，能够用于叠层器件的制备等优点，具有更好的工业化应用潜力。为了在钙钛矿太阳能电池中保持高载流子电导率，钝化层通常非常薄（~1 nm）以实现电子隧穿。然而，这种方法限制了效率，因为它在开路电压和填充因子之间产生了折衷，并且在大面积溶液制造薄膜方面存在挑战。

【成果掠影】

近日，中国科学技术大学徐集贤教授团队引入具有随机纳米级开口的厚（约100纳米）电介质掩模，通过沉积氧化铝纳米板形成，从而为载流子传输创造了随机的纳米级开口来克服这一挑战。作者对具有这种多孔绝缘体接触（PIC）的电池进行了漂移扩散模拟，并通过控制氧化铝纳米板的生长模式，使用固溶工艺实现了漂移扩散。利用接触面积减少约25%的PIC，在p-i-n器件中实现了高达25.5%的效率（经认证的稳态效率24.7%）这是p-i-n电池有史以来报告的最高值。其V_oc×FF的乘积为Shockley-Queisser极限的87.9%，可与创纪录的n-i-p器件相媲美。基于此，作者展示23.3%的高效1平方厘米p-i-n电池。本研究还证明了其对于不同p型接触和钙钛矿组成的广泛适用性。该论文以题为“Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact”发表在知名期刊Science上。

【数据概况】

图1、p-i-n器件PIC的概念和仿真 © 2023 AAAS

图2、通过Al₂O₃纳米板的固溶过程实现PIC接触设计 © 2023 AAAS

图3、PIC对减少非辐射性重组的影响 © 2023 AAAS

图4、PIC增强型p-i-n器件的光伏特性 © 2023 AAAS

【成果启示】

本文提出了一种接触结构来克服目前钙钛矿太阳能电池的挑战，通过沉积氧化铝纳米片形成厚的（~100纳米）电介质掩模，从而产生用于载流子传输的随机纳米级开口。与传统钝化层相比，该层减少了非辐射复合，并将功率转换效率从23%提高到25.5%。随后作者将PIC概念也可以推广到其他钙钛矿组分，证实了它对不同p型触点和钙钛矿成分的广泛适用性

文献链接：Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact (Science 2023, 379, 683-690)

本文由大兵哥供稿。