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【導讀】

目前，對于在電子傳輸層（ETL）上沉積鈣鈦礦的傳統n-i-p器件，功率轉換效率（PCE）已達到25.7%。p-i-n電池也達到了約24%的認證PCE。盡管p-i-n電池的PCE落后于n-i-p電池，但事實上，倒置p-i-n結構其制備工藝更加簡單，能夠用于疊層器件的制備等優點，具有更好的工業化應用潛力。為了在鈣鈦礦太陽能電池中保持高載流子電導率，鈍化層通常非常薄（~1 nm）以實現電子隧穿。然而，這種方法限制了效率，因為它在開路電壓和填充因子之間產生了折衷，并且在大面積溶液制造薄膜方面存在挑戰。

【成果掠影】

近日，中國科學技術大學徐集賢教授團隊引入具有隨機納米級開口的厚（約100納米）電介質掩模，通過沉積氧化鋁納米板形成，從而為載流子傳輸創造了隨機的納米級開口來克服這一挑戰。作者對具有這種多孔絕緣體接觸（PIC）的電池進行了漂移擴散模擬，并通過控制氧化鋁納米板的生長模式，使用固溶工藝實現了漂移擴散。利用接觸面積減少約25%的PIC，在p-i-n器件中實現了高達25.5%的效率（經認證的穩態效率24.7%）這是p-i-n電池有史以來報告的最高值。其V_oc×FF的乘積為Shockley-Queisser極限的87.9%，可與創紀錄的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電池。本研究還證明了其對于不同p型接觸和鈣鈦礦組成的廣泛適用性。該論文以題為“Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact”發表在知名期刊Science上。

【數據概況】

圖1、p-i-n器件PIC的概念和仿真 ? 2023 AAAS

圖2、通過Al₂O₃納米板的固溶過程實現PIC接觸設計 ? 2023 AAAS

圖3、PIC對減少非輻射性重組的影響 ? 2023 AAAS

圖4、PIC增強型p-i-n器件的光伏特性 ? 2023 AAAS

【成果啟示】

本文提出了一種接觸結構來克服目前鈣鈦礦太陽能電池的挑戰，通過沉積氧化鋁納米片形成厚的（~100納米）電介質掩模，從而產生用于載流子傳輸的隨機納米級開口。與傳統鈍化層相比，該層減少了非輻射復合，并將功率轉換效率從23%提高到25.5%。隨后作者將PIC概念也可以推廣到其他鈣鈦礦組分，證實了它對不同p型觸點和鈣鈦礦成分的廣泛適用性

文獻鏈接：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。