鈣鈦礦太陽能電池負電容的奧秘得以解決

鈣鈦礦型太陽能電池正處于超越當前薄膜太陽能電池競爭的邊緣，似乎以高效率和低成本體現了理想的太陽能電池。但是，它們的長期穩定性差，這仍然是一個挑戰。與之相關的是鈣鈦礦材料和設備中發生的特殊現象，其中非常緩慢的微觀過程會導致某種“記憶效應”。

例如，測量鈣鈦礦太陽能電池的效率可能取決于諸如在測量之前將設備照明多長時間或如何施加電壓等問題。幾年前，這種效應被稱為電流-電壓磁滯，導致在準確確定鈣鈦礦效率方面引起爭議。這些晦澀過程的另一個例子是在晝夜循環過程中(部分)恢復先前退化的太陽能電池。

當測量作為頻率函數的太陽能電池性能時，這種影響是一個問題，這是用于更詳細地表征這些設備的典型測量(阻抗譜)。它們會導致低頻(Hz至mHz)的大信號和巨大的電容值(mF / cm 2)，包括奇怪的，“非物理的”負值，這仍然困擾著研究界。

現在，EPFL安德斯·哈格菲爾德(Anders Hagfeldt)實驗室的化學工程師解決了這個難題。在哈格菲爾德實驗室的科學家沃爾夫岡·特雷斯(Wolfgang Tress)的帶領下，他們發現，大的鈣鈦礦電容在電荷存儲的意義上不是傳統電容，而是因為細胞的響應時間慢而以電容的形式出現。

研究人員通過在時域中進行測量并使用不同的電壓掃描速率來證明這一點。他們發現，視在電容的來源是通過太陽能電池接觸的電流的緩慢變化，這由移動離子電荷的緩慢積累來調節。緩慢增加的電流看起來像阻抗譜中的負電容。

這項工作揭示了這些設備中的光伏效應與鈣鈦礦材料的離子電導率之間的相互作用。獲得如此深入的了解有助于為定制，穩定的鈣鈦礦型太陽能電池做出努力。