科学家揭示了在钙钛矿太阳能电池中观察到的明显高甚至是负电容值的起源

2019-10-11 15:53:48

钙钛矿型太阳能电池似乎已经超越了目前的薄膜太阳能电池,这似乎是一种理想的太阳能电池:高效且低成本-如果不存在长期稳定性较弱的问题,这仍然是一个挑战。与之相关的是钙钛矿材料和装置中发生的特殊现象,在这种现象中,非常缓慢的微观过程可以为它们提供一种“记忆效应”。

例如,测量钙钛矿太阳能电池的效率可能取决于诸如在测量之前将设备照亮多长时间或施加电压的方式。几年前,这种效应被称为电流-电压滞后现象,导致了如何准确确定钙钛矿效率的争论。这些晦涩过程的另一个例子是在昼夜循环过程中(部分)恢复先前退化的太阳能电池。

当测量太阳能电池的性能随频率的变化时,这种影响是一个问题,这是用于更详细地表征这些设备的典型测量(阻抗谱)。它们会导致低频(Hz至mHz)的大信号和(mF / cm2)的巨大电容值,包括奇怪的,“非自然的”负值,这仍然困扰着研究界。

现在,来自EPFL的Anders Hagfeldt实验室的化学工程师解决了这个谜。在哈格菲尔德实验室的科学家沃尔夫冈·特雷斯(Wolfgang Tress)的带领下,他们发现,大型钙钛矿电容在电荷存储方面不是传统电容,而是由于细胞响应速度慢而仅表现为电容。

研究人员通过在时域中进行测量并使用不同的电压扫描速率来证明这一点。他们发现,视在电容的来源是通过太阳能电池接触的电流的缓慢变化,这由移动离子电荷的缓慢积累来调节。缓慢增加的电流看起来像阻抗谱中的负电容。

这项工作揭示了这些设备中的光伏效应与钙钛矿材料的离子电导率之间的相互作用。获得如此深入的了解有助于为定制,稳定的钙钛矿型太阳能电池做出努力。

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