中國科學技術大學教授徐集賢團隊與合作者，針對鈣鈦礦太陽電池中長期普遍存在的“鈍化-傳輸”矛盾問題，提出了命名為PIC(porous insulator contact，多孔絕緣接觸)的新型結構和突破方案，基于嚴格的模型仿真和實驗給出了PIC方案的設計原理和概念驗證，實現了p-i-n反式結構器件穩態認證效率的世界紀錄，并在多種基底和鈣鈦礦組分中展現了普遍的適用性。2月17日，相關研究成果以《通過一種多孔絕緣接觸減少鈣鈦礦太陽電池中的非輻射復合》(Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact)為題，發表在《科學》(Science)上。

科研團隊經過長期思考和大量實驗探索，提煉出這種PIC接觸結構方案。該研究的主要思想是不依賴傳統納米級鈍化層和遂穿傳輸，而直接使用百納米級厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過局部開孔區域進行傳輸，同時降低接觸面積。研究團隊的半導體器件建模計算揭示了這種PIC結構周期應與鈣鈦礦載流子傳輸長度匹配的關鍵設計原理。PIC方案與晶硅太陽能電池領域的局部接觸技術有異曲同工之妙，然而，不同的是，鈣鈦礦中的載流子擴散長度較單晶硅要短很多，從毫米級別大幅減小到微米甚至更短，這要求PIC的尺寸和結構周期要在百納米級別。傳統的晶硅局部接觸工藝不能直接滿足這種精度要求，而使用高精度微納加工技術在制備面積和成本方面存在不足。面對這一挑戰，科研人員巧妙地利用納米片的尺寸效應，通過PIC生長方式從常規“層+島”(Stranski-Krastanov)模式向“島狀”(Volmer-Weber)模式的轉變，采用低溫低成本的溶液法實現了這種納米結構的制備。

研究在疊層器件中廣泛使用的p-i-n反式結構中開展了PIC方案的驗證，首次實現了空穴界面復合速度從~60cm/s下降至10cm/s以及25.5%的單結最高效率(p-i-n結構穩態認證效率紀錄24.7%)。這種性能的大幅改善在多種帶隙和組分的鈣鈦礦中均普遍存在，展現了PIC廣闊的應用前景。另外，PIC結構在多種疏水性基底均實現了鈣鈦礦成膜覆蓋率和結晶質量的提高(載流子體相壽命大幅提升)，對于大面積擴大化制備頗有意義。

原標題：中國科大提出鈣鈦礦太陽電池新結構方案