太阳能光伏发电蓄热系统【客户案例精选】太阳光模拟器在钙钛矿太阳能电池研究方向的应

　　得益于钙钛矿薄膜优异的光电性能，钙钛矿薄膜太阳电池的光电转化效率（PCE）由最初的3.8％快速上升到22.1％。 然而，钙钛矿薄膜的稳定性问题一直没有得到有效解决，成为该类电池商业化进程中的主要障碍。随着相关研究工作的不断开展，研究者在确定钙钛矿薄膜降解诱发因素方面取得了许多成果，但是对于其电池性能下降的动态过程认识却相对匮乏。对于该性能衰减过程的研究将有助于提高和改善钙钛矿

　　深圳大学屈军乐教授课题组通过监控短路电流（Jsc）变化情况来研究电池性能退化动力学（Drate），经过光照IV测试后，发现退化动力学从约0.02mA cm-2·min-1变化到约0.35mA cm-2·min-1

　　采用旋涂法制备未封装的平面结构钙钛矿电池，电池结构和形态如下图所示。未封装的钙钛矿电池（PSCs）的光电流－电压（IV曲线），太阳能设备，在暗条件下器件放置在大气环境中（相对湿度65％）15分钟（第一次测试）和30分钟（第二次测试），清楚的显示出性能如图1c所示，在第一次测试中，PCS表现出了出色的光电性能（PCE＝16％）（Jsc）约为21.4 mAcm-2，Voc为0.98 V，填充因子（FF）约为77％，但是当放置时间到30分钟后，Jsc、Voc和FF分别降至15.4mAcm-2、0.96 V和约70％，相当于第二次测试中将近37％的光电转换效率损失。

　　为了进一步研究PCS降解动力学，光伏发电网，通过IPCE积分短路电流密度值（Jsc），评估性能下降动力学（Drate），下图显示了未封装的PSCs光照之前和之后的IPCE曲线所示，一般钙钛矿正面对短波长敏感（蓝色），背面对长波长敏感（红色），这是由于光的入射深度，水分扩散到PSCs中诱导和降解都起始于转换层和钙钛矿薄膜，这样将增加界面中的缺陷数量，从而导致IPCE值下降。

　　为了了解降解加速机理，从物理和化学的角度对光IV试验前后的器件进行了特性分析。下图中显示了光IV之前和之后的PSCs的暗IV曲线，并通过两二极管模型进行了数据拟合

　　其中q，k，T，RS和Rsh分别是电荷，玻尔兹曼常数，绝对温度，串联电阻和并联电阻，当偏压较小时（V），太阳能设备，主要是分流影响暗电流（Jdark），但随着偏压加大，由于太阳电池二极管特性，复合和扩散的电流主要控制暗电流（Jdark）。光照IV测试后，中国太阳能网，Jrec和n2在光照IV测试后增加，较高的Jrec和n2值表明复合增加了缺陷密度，复合不仅是增加了器件的缺陷态，太阳能门户，还形成了局部缺陷。Jdiff值光照前后器件在一个数量级，由于局部缺陷加强的复合可能是造成PSCs在光照IV测试后电流损失的重要原因。

　　深圳大学屈军乐教授课题组深入研究研究钙钛矿电池降解机理，通过研究短路电流变化率的实验数据表明，加速降解过程主要是水分诱发的水化作用和碘离子迁移。并采用三步实验进一步解释其降解机理，提出降解与水分和迁移速率有关，迁移的碘离子增强了水化进程，同时会快速形成H2O和O2快速扩散通道，从而导致钙钛矿薄膜快速分解并增加缺陷态密度。当PCBM受到迁移碘离子损害时，扩散的O2会促进降解，这些结果表明减小迁移离子数量，有助于防止钙钛矿电池的降解。该实验通过积分短路电流的变化速率研究性能下降的动态过程，有助于提高和改善钙钛矿薄膜电池的长期稳定性，增强实用价值。

　　本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司 “Sirius” 系列太阳光模拟器和搭建的IPCE系统，如需了解该产品，欢迎咨询。