平面异质结钙钛矿电池—一种新的伏安曲线拟合方法

文章概述

钙钛矿电池近年来发展迅速,能量转化效率已经突破22.1%。对钙钛矿电池J–V曲线的拟合是分析其载流子传输机制的有效途径之一。通常J-V的拟合需要考虑串联电阻(RS)、理想因子(m)和反向饱和电流(J0)三个因素,常用的单P-N结模型拟合得到的m值常大于2,与理论预测值偏差较大,因此,单P-N结模型不适用于平面异质结钙钛矿电池。华中科技大学王鸣魁教授等人提出一种新的“串联双异质结等效电路”模型,用于拟合P-I-N型平面结构钙钛矿太阳能电池的伏安特性。这种新模型拟合所得的m值范围为1-2,m值越小表明P-N结和界面的质量越高。进一步地,将这种双异质结等效电路模型应用于黑暗条件下的J-V曲线拟合,发现可适用于合并电流、扩散电流、载流子合并及输运特性等参数的分析。这种新模型为研究钙钛矿电池界面性能提供了简便有效的方法,同时为提高器件效率和进一步理解工作机理提供了新思路。

文章引用信息

Peizhe Liao . Xiaojuan Zhao . Guolong Li . Yan Shen . Mingkui Wang,A New Method for Fitting Current–Voltage Curves of Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells. Nano-Micro Lett.(2018)10:5.https://doi.org/10.1007/s40820-017-0159-z

此工作发表于Nano-Micro Letters期刊2018年第10卷第1期,详情请阅读全文,可免费下载。本文同步在期刊微信、微博、科学网博客、Facebook、Twitter等平台推出。以往推文请关注中文推广网站(http://nmsci.cn)。
作者介绍
王鸣魁,华中科技大学,教授/博士生导师,教育部“新世纪优秀人才”,湖北省“楚天学者”特聘教授。研究领域:太阳能电池,电化学能源,界面电荷传递,太阳能光解水等。主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金重点项目、湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划等项目,参与973计划一项。发表包括Nature Chemistry等学术论文140余篇。授权(发明)专利13项。论文引用10000余次,H指数41。2015年入选最具世界影响力的中国学者榜单(Elsevier,能源领域)。

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图文导读

图 1  a) PSCs的单个PN结模型,b) 通过改变JL, JD, Rs , Rsh, J, V来提高平面钙钛矿太阳能电池的新的双PN结,c) TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/Sprio-OMeTAD/Au钙钛矿异质结太阳能电池的装置结构

图 2  不同PN结光伏器件的能带图。a) 一个PN结太阳能电池,b) 一个具有均匀内建电场的P–I–N型太阳能电池,c) 一个非均匀内建电场的CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿电池

图 3  a) 通过混合不同浓度氯离子制备钙钛矿型薄膜,利用 TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/Spiro-OMeTAD/Au的结构来测平面钙钛矿太阳电池的电流-电压曲线, b) dV/dJ 与(1+Rsh dV/dJ)/(Jsc−J−V/Rsh) 的线性拟合曲线(实线), c) ln(Jsc – J – V/Rsh)与V+JRs的线性拟合曲线(实线)

图 4  通过使用Eq对平面PSCs 的暗电流曲线拟合。a) 该器件结构如图1C所示,通过与不同浓度的氯离子混合制备的钙钛矿薄膜, b) 该装置结构是PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3-xClx/PCBM/hole-blocking layer/Al,原始数据来源于Ref

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