时间: 2024-07-25 12:17:52 | 作者: 华体会app怎么样
我国科学技能大学徐集贤教授团队与协作者针对钙钛矿太阳电池中长时间都会存在的“钝化-传输”对立问题，提出了一种命名为PIC（porous insulator contact, 多孔绝缘触摸）的新式结构和打破计划，根据严厉的模型仿真和试验给出了PIC计划的规划原理和概念验证，完成了p-i-n反式结构器材稳态认证功率的世界纪录，并在多种基底和钙钛矿组分中展示了遍及的适用性。2023年2月17日，该作用以“经过一种多孔绝缘触摸削减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）”为题宣布在《科学》（Science）杂志上。
“钝化-传输”对立问题在光电子器材中（例如太阳电池、发光二极管、光电探测器等）都会存在。为削减半导体外表的非辐射复合丢失，需求掩盖钝化层来削减半导体外表缺点密度。这些钝化资料的导电率一般很低，添加其厚度会增强钝化作用，但一起会导致电流传输受限。因为这个对立，现在这些超薄钝化层的厚度需求极为准确的控制在几个乃至一个纳米内（nm, 十亿分之一米），载流子经过遂穿效应等厚度灵敏方法来进行传输，关于低本钱的大面积出产晦气。
钙钛矿太阳电池技能近些年引起了广泛重视，其首要器材类型包含钙钛矿单结、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供给新的低本钱高功率光伏计划。钙钛矿电池中，异质结触摸问题带来的非辐射复合丢失现已被遍及证明是首要的功能约束要素。因为“钝化-传输”对立问题的存在，超薄钝化层纳米级其他厚度改变都会引起填充因子和电流密度的下降。因而各类钙钛矿器材都亟需一种新式的触摸结构，可以在进步功能的一起大幅度削减钝化厚度的灵敏性。
团队经过长时间考虑和许多试验探究，提炼出这种PIC触摸结构计划（图1）。其首要思维是不依赖传统纳米级钝化层和遂穿传输，而直接运用百纳米级厚度的多孔绝缘层，迫使载流子经过部分开孔区域进行传输，一起下降触摸面积。研讨团队的半导体器材建模核算提醒了这种PIC结构周期应该与钙钛矿载流子传输长度匹配的要害规划原理。PIC计划与晶硅太阳能电池范畴的部分触摸技能有异曲同工之妙，可是不同的是，钙钛矿中的载流子分散长度较单晶硅要短许多，从毫米等级大幅减小到微米乃至更短，这就要求PIC的标准和结构周期要在百纳米等级。传统的晶硅部分触摸工艺不可以直接满意这种精度要求，而运用高精度微纳加工技能在制备面积和本钱方面存在缺乏。对此应战，团队奇妙利用了纳米片的标准效应，经过PIC成长方法从惯例“层+岛”（Stranski-Krastanov）形式向“岛状”（Volmer-Weber）形式的改变，成功由低温低本钱的溶液法完成了这种纳米结构的制备（图2）。
团队在叠层器材中遍及的运用的p-i-n反式结构中展开了PIC计划的验证，初次完成了空穴界面复合速度从~60cm/s下降至10cm/s(图3)，以及25.5%的单结最高功率（p-i-n结构稳态认证功率纪录24.7%）（图4）。这种功能的大幅改进在多种带隙和组分的钙钛矿中都都会存在，展示了PIC广泛的使用远景。别的，PIC结构在多种疏水性基底都完成了钙钛矿成膜掩盖率和结晶质量的进步（载流子体相寿数大幅度的进步），关于大面积扩大化制备也很有含义。
值得注意的是，PIC计划具有遍及性，可进一步在不同器材结构和不同界面中推行拓宽；一起模拟核算指出现在试验完成的PIC掩盖面积还远未到达其规划潜力，可逐渐优化取得更大的功能提高。
我国科学技能大学化学与资料科学学院研讨生彭伟、毛凯天和蔡逢春完成了论文的中心试验作业；我国科学技能大学徐集贤教授为通讯作者；美国科罗拉多大学博德分校Michael McGehee教授进行了深化协作。该作业得到国家自然科学基金委、国家科技部、合肥综合性国家科学中心动力研讨院、我国科学技能大学碳中和研讨院的基金支撑。徐集贤教授感谢上海同步辐射光源和腾讯基金会科学探究奖的支撑。
图1.PIC（porous insulator contact）的规划原理和器材仿线.根据纳米片标准效应调控岛状成长形式完成PIC结构
（化学与资料科学学院、合肥微标准物质科学国家研讨中心、碳中和研讨院、科研部）
