EDN小编从中国科学技术大学官网了解到，中国科学技术大学教授徐集贤团队与合作者，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，提出了命名为PIC（porous insulator contact，多孔绝缘接触）的新型结构和突破方案，基于严格的模型仿真和实验给出了PIC方案的设计原理和概念验证，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。
相关成果以“通过一种多孔绝缘接触减少钙钛矿太阳电池中的非辐射复合（Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact）”为题，于2023年2月17日发表在《科学》（Science）杂志上。
近年来，钙钛矿太阳电池技术引起了广泛关注，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”矛盾问题在光电子器件中（如太阳电池、发光二极管、光电探测器等）普遍存在。为了减少半导体表面的非辐射复合损失，需要覆盖钝化层来减少半导体表面缺陷密度。这些钝化材料的导电率一般较低，增加其厚度会增强钝化效果，但同时导致电流传输受限。由于这个矛盾，目前这些超薄钝化层的厚度需要极为精确的控制在几个甚至一个纳米内，载流子通过遂穿效应等厚度敏感方式进行传输，过高的要求对于低成本的大面积生产不利。
因此，各类钙钛矿器件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。
研究团队经过长期研究和探索，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。
PIC的设计原理和器件仿真
传统的晶硅局部接触工艺不能够直接满足百纳米级别的精度要求，而使用高精度微纳加工技术在制备面积和成本方面存在不足。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，并首次实现了空穴界面复合速度从60cm/s下降至10cm/s，以及25.5%的单结最高效率，超过了之前p-i-n结构稳态认证效率世界纪录24.7%。
在p-i-n反式器件中的PIC结构验证
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。与此同时，该PIC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，根据模拟计算的结果，目前实验实现的PIC覆盖面积未达到其设计潜力，可进一步优化获得更大的性能提升。
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