中國(guó)科大提出鈣鈦礦太陽(yáng)電池新結(jié)構(gòu)方案
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】太陽(yáng)能電池可利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換成電能，具有可靠性高﹐壽命長(zhǎng)﹐無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。其中，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池，也稱作新概念太陽(yáng)能電池。
鈣鈦礦電池中，異質(zhì)結(jié)接觸問(wèn)題帶來(lái)的非輻射復(fù)合損失已被普遍證明是主要的性能限制因素。為了減少半導(dǎo)體表面的非輻射復(fù)合損失，需要覆蓋鈍化層來(lái)減少半導(dǎo)體表面缺陷密度。這些鈍化材料的導(dǎo)電率一般較低，增加其厚度會(huì)增強(qiáng)鈍化效果，但同時(shí)導(dǎo)致電流傳輸受限。即“鈍化-傳輸”矛盾。
由于“鈍化-傳輸”矛盾問(wèn)題的存在，超薄鈍化層納米級(jí)別的厚度變化均會(huì)引起填充因子和電流密度的降低。因此，各類鈣鈦礦器件亟需一種新型的接觸結(jié)構(gòu)能夠在提高性能的同時(shí)大幅減少鈍化厚度的敏感性。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授徐集賢團(tuán)隊(duì)與合作者，針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池中長(zhǎng)期普遍存在的“鈍化-傳輸”矛盾問(wèn)題，提出了命名為PIC(porous insulator contact，多孔絕緣接觸)的新型結(jié)構(gòu)和突破方案，基于嚴(yán)格的模型仿真和實(shí)驗(yàn)給出了PIC方案的設(shè)計(jì)原理和概念驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了p-i-n反式結(jié)構(gòu)器件穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率的世界紀(jì)錄，并在多種基底和鈣鈦礦組分中展現(xiàn)了普遍的適用性。
科研團(tuán)隊(duì)直接使用百納米級(jí)厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過(guò)局部開(kāi)孔區(qū)域進(jìn)行傳輸，同時(shí)降低接觸面積。研究團(tuán)隊(duì)的半導(dǎo)體器件建模計(jì)算揭示了這種PIC結(jié)構(gòu)周期應(yīng)與鈣鈦礦載流子傳輸長(zhǎng)度匹配的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原理。PIC方案與晶硅太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的局部接觸技術(shù)有異曲同工之妙，然而，不同的是，鈣鈦礦中的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度較單晶硅要短很多，從毫米級(jí)別大幅減小到微米甚至更短，這要求PIC的尺寸和結(jié)構(gòu)周期要在百納米級(jí)別。
值得注意的是，PIC方案具有普遍性，可進(jìn)一步在不同器件結(jié)構(gòu)和不同界面中推廣拓展；模擬計(jì)算指出目前實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的PIC覆蓋面積未達(dá)到其設(shè)計(jì)潛力，可進(jìn)一步優(yōu)化獲得更大的性能提升。
相關(guān)研究成果Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact于近日發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》(Science)上。
來(lái)源： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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