华中科技大学Energy Environ. Sci.：钙钛矿电池迟滞效应可调

【引言】

钙钛矿电池经过几年的发展，其效率已经突破了22%，而迟滞效应是一直困扰钙钛矿电池的重要关键问题之一。目前已经有许多报道致力于研究迟滞效应出现的机理。普遍认为离子迁移，电荷捕获/逃脱和电荷积累是解释迟滞效应的理论基础。然而，迟滞效应的真正起因却仍未明晰。

【成果简介】

近日，华中科技大学荣耀光副教授、胡玥博士等在Energy & Environmental Science上发表了一篇名为“Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells”的文章。该研究针对一种TiO₂/ZrO₂/Carbon结构的可印刷钙钛矿电池展开，研究者通过控制致密TiO₂层（c-TiO₂）喷涂次数及臭氧处理时间实现了所制备器件迟滞效应的可调（即：典型迟滞、无迟滞和反转迟滞效应）。并且通过分析这种可调谐迟滞现象，阐明了钙钛矿界面的极化和正电荷积累的可逆化。该研究表明了c-TiO₂/钙钛矿界面对器件工作过程的重要性，为钙钛矿电池的迟滞效应提供了重要的见解。

【图文简介】

图1：介观钙钛矿太阳能电池的结构图与能带图

(a)可印刷介观钙钛矿太阳能电池的结构图；

(b)可印刷介观太阳能电池的能带图。

图2:可印刷介观钙钛矿太阳能电池不同迟滞效应的J-V曲线

(a)典型迟滞效应器件的J-V曲线，反扫的性能优于正扫性能；

(b)无迟滞效应器件的J-V曲线，正反扫性能一致；

(c)反转迟滞效应器件的J-V曲线，反扫性能低于正扫性能。

图3:不同迟滞效应器件的性能随扫速的变化关系

(a)典型迟滞效应器件；

(b)无迟滞效应器件；

(c)反转迟滞效应器件。

图4:迟滞效应指数与c-TiO₂喷涂次数和扫描速率的关系曲线

(a)迟滞效应指数与c-TiO₂喷涂次数的关系曲线；

(b)迟滞效应指数与扫描速率的关系曲线。

图5：迟滞效应的电容特性曲线

(a)电子与空穴在器件各层中的传输示意图；

(b)FTO薄膜与c-TiO₂/FTO薄膜的AFM图；

(c-e)三种迟滞效应器件在不同扫速下的暗电流曲线。

图6：反扫和正扫条件下的V_oc差值与扫描速率的关系曲线

(a)典型迟滞效应器件的V_oc差值随扫描速率的变化曲线；

(b)无迟滞效应器件的V_oc差值随扫描速率的变化曲线；

(c)反转迟滞效应器件的V_oc差值随扫描速率的变化曲线。

图7：c-TiO₂/钙钛矿界面层的能带及电荷传输复合过程图

(a)无偏压下c-TiO₂/钙钛矿界面层的能带图；

(b)小偏压下c-TiO₂/钙钛矿界面层的能带图；

(c)大偏压下c-TiO₂/钙钛矿界面层的能带图。

【小结】

研究者们通过改变喷涂c-TiO₂层的次数实现了钙钛矿电池迟滞效应的可调。并且通过研究界面处电荷积累的缓慢动力学过程和电荷复合机制，解释了TiO₂/ZrO₂/Carbon可印刷介观钙钛矿电池的可调迟滞效应。本文为钙钛矿太阳能电池迟滞效应提供了新的见解和分析。

文献链接：Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells，(Energy & Environmental Science，2017，DOI:10.1039/x0xx00000x)

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