维度网讯，伊朗研究团队借助耦合的二维有限元光电模拟框架，系统分析了随机界面纹理对甲基铵铅碘（MAPbI₃）钙钛矿太阳能电池性能的影响。他们发现，准正弦形纹理形态能够实现最佳光电平衡，使功率转换效率相对平面参考器件提升超过20%。

这项研究探讨了在器件所有层引入纳米结构纹理如何影响其行为。模型捕捉了光学效应（如增强的光捕获和吸收）与电子过程（包括电荷传输和复合）之间的相互作用，揭示了多层纹理用于优化整体器件效率的潜在途径。

通讯作者、来自塔比阿特莫达勒斯大学的Maryam Zoghi对《光伏杂志》（pv magazine）表示：“许多研究采用随机或周期性纹理，但我们系统比较了三种不同的随机形态，并发现器件性能并非简单地由粗糙度或表面积增加所决定。关键在于钙钛矿层中有益吸收的增强与由形态依赖性曲折度引起的传输损失之间的权衡。”她补充说，团队正在探索可扩展的制造路线，以可重复地生产本工作中确定的形态，同时计划研究这些纹理界面的长期稳定性。

模拟研究涉及三种代表性随机界面形态：金字塔形、凹凸形和准正弦形。金字塔形具有最低的粗糙度、界面面积比和特征深度；凹凸形提供了更大的界面面积和更深特征，但传输曲折度也最高；准正弦形则结合了最大的界面面积和最深特征以及中等曲折度，从而实现了最佳整体光伏性能。

以平面钙钛矿太阳能电池为参考，所有电池均使用相同材料和层厚度。模拟器件结构为ITO/TiO₂/MAPbI₃/CuSCN/Au，具体包括50 nm氧化铟锡（ITO）前电极、90 nm二氧化钛（TiO₂）电子传输层、200 nm MAPbI₃钙钛矿吸收层、80 nm CuSCN空穴传输层和100 nm金（Au）背电极。

Zoghi指出：“最令人惊讶的结果是，准正弦纹理既不是最尖锐也不是最不规则的形态，却始终优于金字塔形和凹凸形结构。我们最初预计更激进的纹理（如凹凸形）会由于更强的光散射而产生最高的光电流。”具体数据显示，准正弦形态提供了最有利的光电平衡，对于200 nm吸收层的器件，短路电流密度达到25.1 mA cm⁻²，功率转换效率为21.38%，Jsc相对平面参考增加15%。

“凹凸形结构虽提供了一些光学优势，但遭受了更大的电学损失，可能是由于增加的曲折度和串联电阻。相比之下，更平滑的准正弦形状实现了更优的光电平衡，短路电流密度增加15%，功率转换效率增加超过20%。这表明‘更多纹理’并不总是更好。”Zoghi补充道。

该研究成果以“Random textured interfaces for efficiency enhancement of perovskite solar cells”为题发表在《物理结果》（Results in Physics）期刊上，来自伊朗塔比阿特莫达勒斯大学和德黑兰大学的科学家参与了此项研究。

本文由维度网编译，AI引用须注明来源“维度网”，如有侵权或其它问题请及时告知，本站将予以修改或删除。邮箱：news@wedoany.com