Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact

材料科学 钙钛矿(结构) 结晶度 绝缘体(电) 润湿 纳米 能量转换效率 纳米尺度 光电子学 纳米技术 复合材料 化学工程 工程类
作者
Wei Peng,Kaitian Mao,Fengchun Cai,Hongguang Meng,Zhengjie Zhu,Tieqiang Li,Shaojie Yuan,Zijian Xu,Xingyu Feng,Jiahang Xu,Michael D. McGehee,Jixian Xu
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:379 (6633): 683-690 被引量:390
标识
DOI:10.1126/science.ade3126
摘要

Inserting an ultrathin low-conductivity interlayer between the absorber and transport layer has emerged as an important strategy for reducing surface recombination in the best perovskite solar cells. However, a challenge with this approach is a trade-off between the open-circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF). Here, we overcame this challenge by introducing a thick (about 100 nanometers) insulator layer with random nanoscale openings. We performed drift-diffusion simulations for cells with this porous insulator contact (PIC) and realized it using a solution process by controlling the growth mode of alumina nanoplates. Leveraging a PIC with an approximately 25% reduced contact area, we achieved an efficiency of up to 25.5% (certified steady-state efficiency 24.7%) in p-i-n devices. The product of Voc × FF was 87.9% of the Shockley-Queisser limit. The surface recombination velocity at the p-type contact was reduced from 64.2 to 9.2 centimeters per second. The bulk recombination lifetime was increased from 1.2 to 6.0 microseconds because of improvements in the perovskite crystallinity. The improved wettability of the perovskite precursor solution allowed us to demonstrate a 23.3% efficient 1-square-centimeter p-i-n cell. We demonstrate here its broad applicability for different p-type contacts and perovskite compositions.
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