钙钛矿太阳能电池:器件设计和I-V滞回现象

doi:10.6023/A14090678

化学学报 ›› 2015, Vol. 73 ›› Issue (3): 219-224.DOI: 10.6023/A14090678 上一篇下一篇

所属专题：新型太阳能电池

综述

钙钛矿太阳能电池:器件设计和I-V滞回现象

张烨^a, 姚志博^a, 林仕伟^b, 李建保^a,b, 林红^a

a 清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京 100084;
b 海南大学材料与化工学院海南省硅锆钛资源综合开发与利用重点实验室海口 570228

投稿日期:2014-09-30 发布日期:2015-02-04
通讯作者: 林红 E-mail:Hong-lin@tsinghua.edu.cn
基金资助:
项目受国家自然科学基金(Nos. 51272126, 51162007)和科技部国际科技合作项目(Nos. 2013DFG53010, 2015DFG52690)资助.

Perovskite Solar Cells: Device Construction and I-V Hysteresis

Zhang Ye^a, Yao Zhibo^a, Lin Shiwei^b, Li Jianbao^a,b, Lin Hong^a

a State Key Laboratory of New Ceramics & Fine Processing, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
b Key Laboratory of Ministry of Education for Advanced Materials in Tropical Island Resources, Hainan University, Haikou, China, 570228

Received:2014-09-30 Published:2015-02-04
Supported by:
Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 51272126, 51162007) and the China-Israel Scientific and Strategic Research Fund (Nos. 2013DFG53010, 2015DFG52690).

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摘要/Abstract

基于染料敏化太阳能电池发展起来的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池经过不到5年的快速发展, 光电转换效率从最初的3.8%提高到了经过认证的17.9%. 但是常用结构的钙钛矿太阳能电池在性能测试过程中的电流-电压(I-V)曲线会随着测试器件扫描方向的不同而明显不同. 该现象被称为I-V滞回现象. 进一步研究发现I-V曲线还与扫描速度、起始测试的偏压值和光照历史明显相关. 本工作结合不同的器件构造, 就可能造成这种I-V滞回现象的不同原因进行了总结和分析, 并对如何获得可靠的光电转换效率的测试方法进行了评述.

关键词: 钙钛矿, 太阳能电池, 反转结构, I-V测试, 滞回现象

Research into organic-inorganic metal halide perovskite solar cells has swiftly gained momentum since the seminal work initiated by Kojima et al. in 2009, and already has delivered impressive accredited power conversion efficiency of over 17.9% within 5 years. In much previously reported research, the I-V characteristics was found to vary to a great extent with sweeping direction, which is known as I-V hysteresis. Further investigations have identified that the I-V hysteresis is also related to scanning speed, starting voltage and light soaking. We correlate such a phenomenon to different device structures and several possible causes were analyzed herein. A reliable test to obtain valid power conversion efficiency, which is to hold the device under a maximum power voltage is recommended for future research regarding this newly emerged technology.

Key words: perovskite, solar cells, inverted structure, I-V measurement, hysteresis

引用此文

张烨, 姚志博, 林仕伟, 李建保, 林红. 钙钛矿太阳能电池:器件设计和I-V滞回现象[J]. 化学学报, 2015, 73(3): 219-224.

Zhang Ye, Yao Zhibo, Lin Shiwei, Li Jianbao, Lin Hong. Perovskite Solar Cells: Device Construction and I-V Hysteresis[J]. Acta Chim. Sinica, 2015, 73(3): 219-224.

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参考文献

[1] Kojima, A.; Teshima, K.; Shirai, Y.; Miyasaka, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050.
[2] Im, J.-H.; Lee, C.-R.; Lee, J.-W.; Park, S.-W.; Park, N.-G. Nanoscale 2011, 3, 4088.
[3] Park, N.-G. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2423.
[4] Lee, M. M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2012, 338, 643.
[5] Ball, J. M.; Lee, M. M.; Hey, A.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1739.
[6] Liu, M.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395.
[7] Liu, D.; Kelly, T. L. Nat. Photonics 2014, 8, 133.
[8] Mitzi, D. B.; Chondroudis, K.; Kagan, C. IBM J. Res. Development 2001, 45, 29.
[9] Kagan, C.; Mitzi, D.; Dimitrakopoulos, C. Science 1999, 286, 945.
[10] Xiao, Z.; Bi, C.; Shao, Y.; Dong, Q.; Wang, Q.; Yuan, Y.; Wang, C.; Gao, Y.; Huang, J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2619.
[11] Unger, E. L.; Hoke, E. T.; Bailie, C. D.; Nguyen, W. H.; Bowring, A. R.; Heumuller, T.; Christoforo, M. G.; McGehee, M. D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3690.
[12] Zhou, H.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T.-b.; Duan, H.-S.; Hong, Z.; You, J.; Liu, Y.; Yang, Y. Science 2014, 345, 542.
[13] Bi, D.; Moon, S.-J.; Haggman, L.; Boschloo, G.; Yang, L.; Johansson, E. M. J.; Nazeeruddin, M. K.; Gratzel, M.; Hagfeldt, A. RSC Adv. 2013, 3, 18762.
[14] Wang, J. T.-W.; Ball, J. M.; Barea, E. M.; Abate, A.; Alexander- Webber, J. A.; Huang, J.; Saliba, M.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J.; Snaith, H. J.; Nicholas, R. J. Nano Lett. 2013, 14, 724.
[15] Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Yang, W. S.; Kim, Y. C.; Ryu, S.; Seo, J.; Seok, S. I. Nature 2015, 517, 476.
[16] Eperon, G. E.; Stranks, S. D.; Menelaou, C.; Johnston, M. B.; Herz, L. M.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 982.
[17] Mei, A.; Li, X.; Liu, L.; Ku, Z.; Liu, T.; Rong, Y.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J.; Yang, Y.; Grätzel, M.; Han, H. Science 2014, 345, 295.
[18] Leijtens, T.; Eperon, G. E.; Pathak, S.; Abate, A.; Lee, M. M.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2013, 4, 2885.
[19] .Eperon, G. E.; Burlakov, V. M.; Docampo, P.; Goriely, A.; Snaith, H. J. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 151.
[20] Gratzel, M. Nat. Mater. 2014, 13, 838.
[21] Laban, W. A.; Etgar, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3249.
[22] .Etgar, L.; Gao, P.; Xue, Z.; Peng, Q.; Chandiran, A. K.; Liu, B.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17396.
[23] Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Liu, Z.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16411.
[24] Shi, J.; Dong, J.; Lv, S.; Xu, Y.; Zhu, L.; Xiao, J.; Xu, X.; Wu, H.; Li, D.; Luo, Y.; Meng, Q. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 063901.
[25] Docampo, P.; Ball, J. M.; Darwich, M.; Eperon, G. E.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2013, 4, 2761.
[26] Barrows, A. T.; Pearson, A. J.; Kwak, C. K.; Dunbar, A. D. F.; Buckley, A. R.; Lidzey, D. G. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2944.
[27] Chiang, C.-H.; Tseng, Z.-L.; Wu, C.-G. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 15897.
[28] You, J.; Hong, Z.; Yang, Y.; Chen, Q.; Cai, M.; Song, T.-B.; Chen, C.-C.; Lu, S.; Liu, Y.; Zhou, H. ACS Nano 2014, 8, 1674.
[29] Snaith, H. J.; Abate, A.; Ball, J. M.; Eperon, G. E.; Leijtens, T.; Noel, N. K.; Stranks, S. D.; Wang, J. T.-W.; Wojciechowski, K.; Zhang, W. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1511.
[30] Noel, N. K.; Abate, A.; Stranks, S. D.; Parrott, E. S.; Burlakov, V. M.; Goriely, A.; Snaith, H. J. ACS Nano 2014, 8, 9815.
[31] Tiwana, P.; Docampo, P.; Johnston, M. B.; Herz, L. M.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9566.
[32] Yang, L.; Xu, B.; Bi, D.; Tian, H.; Boschloo, G.; Sun, L.; Hagfeldt, A.; Johansson, E. M. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7378.
[33] del Cueto, J. A.; Deline, C. A.; Albin, D. S.; Rummel, S. R.; Anderberg, A. 2009.
[34] Xiao, Z.; Yuan, Y.; Shao, Y.; Wang, Q.; Dong, Q.; Bi, C.; Sharma, P.; Gruverman, A.; Huang, J. Nat. Mater. 2015, 14, 193.
[35] Shao, Y.; Xiao, Z.; Bi, C.; Yuan, Y.; Huang, J. Nat. Commun. 2014, 5, 5784.
[36] Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897.
[37] Abate, A.; Saliba, M.; Hollman, D. J.; Stranks, S. D.; Wojciechowski, K.; Avolio, R.; Grancini, G.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Nano Lett. 2014, 14, 3247.
[38] Yin, W.-J.; Shi, T.; Yan, Y. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 063903.
[39] Kim, J.; Lee, S.-H.; Lee, J. H.; Hong, K.-H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1312.
[40] Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Grancini, G.; Menelaou, C.; Alcocer, M. J.; Leijtens, T.; Herz, L. M.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Science 2013, 342, 341.
[41] Juarez-Perez, E. J.; Sanchez, R. S.; Badia, L.; Garcia-Belmonte, G.; Kang, Y. S.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2390.
[42] Frost, J. M.; Butler, K. T.; Walsh, A. APL Mater. 2014, 2, 081506.
[43] Street, R. A.; Ready, S. E.; Van Schuylenbergh, K.; Ho, J.; Boyce, J. B.; Nylen, P.; Shah, K.; Melekhov, L.; Hermon, H. J. Appl. Phys. 2002, 91, 3345.
[44] Frost, J. M.; Butler, K. T.; Brivio, F.; Hendon, C. H.; van Schilfgaarde, M.; Walsh, A. Nano Lett. 2014, 14, 2584.
[45] Cochran, W. Adv. Phys. 1960, 9, 387.
[46] Dualeh, A.; Moehl, T.; Tétreault, N.; Teuscher, J.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. ACS Nano 2013, 8, 362.
[47] Kutes, Y.; Ye, L.; Zhou, Y.; Pang, S.; Huey, B. D.; Padture, N. P. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3335.
[48] Kim, H.-S.; Park, N.-G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2927.
[49] Zimmermann, E.; Ehrenreich, P.; Pfadler, T.; Dorman, J. A.; Weickert, J.; Schmidt-Mende, L. Nat. Photonics 2014, 8, 669.

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[1]	李萍, 杨琪玉, 曾婧, 张然, 陈秋燕, 闫飞. 氟掺杂对可逆固体氧化物电池性能的影响及相关动力学研究[J]. 化学学报, 2024, 82(1): 36-45.
[2]	贾洋刚, 陈诗洁, 邵霞, 程婕, 林娜, 方道来, 冒爱琴, 李灿华. 高性能无钴化钙钛矿型高熵氧化物负极材料的制备及储锂性能研究[J]. 化学学报, 2023, 81(5): 486-495.
[3]	查汉, 房进, 闫翎鹏, 杨永珍, 马昌期. 有机太阳能电池热失效机制及三元共混提升其热稳定性研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 131-145.
[4]	张璇, 熊军, 张旺. 通过聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸改性实现高性能蓝色钙钛矿发光二极管[J]. 化学学报, 2023, 81(12): 1695-1700.
[5]	李东旭, 徐翔, 宋佳鸽, 梁松挺, 付予昂, 路新慧, 邹应萍. 轮烷结构优化聚合物太阳能电池光伏性能^★[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1500-1507.
[6]	林文源, 朱清哲, 马云龙, 王鹏, 万硕, 郑庆东. 理性调控聚合物给体-非富勒烯受体的混溶性制备高效率有机太阳能电池^※[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 724-733.
[7]	闫彬, 薛丁江, 胡劲松. 硒化亚锗薄膜太阳能电池研究进展^※[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 797-804.
[8]	周静, 田雪迎, 王斌凯, 张沙沙, 刘宗豪, 陈炜. 低温原子层沉积封装技术在OLED上的应用及对有机、钙钛矿太阳能电池封装的启示[J]. 化学学报, 2022, 80(3): 395-422.
[9]	张芬, 李霄琪, 韩世国, 邬发发, 刘希涛, 孙志华, 罗军华. 大尺寸二维卤化物钙钛矿铁电晶体的生长及偏振光电探测性能研究^※[J]. 化学学报, 2022, 80(3): 237-243.
[10]	武文俊, 李玉婷, 冯茜, 丁文星. 钙钛矿双功能钝化剂: 室温离子液体的机械化学制备[J]. 化学学报, 2022, 80(11): 1469-1475.
[11]	胡鑫明, 钟春晓, 李晓艳, 贾雄, 魏颖, 解令海. 环戊并二噻吩衍生物的合成及其应用[J]. 化学学报, 2021, 79(8): 953-966.
[12]	苗俊辉, 丁自成, 刘俊, 王利祥. 小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(5): 545-556.
[13]	李腾飞, 占肖卫. 有机光伏研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(3): 257-283.
[14]	卢岳, 葛杨, 隋曼龄. 白光及紫外光辐照下甲氨碘化铅基钙钛矿太阳能电池降解机制差异[J]. 化学学报, 2021, 79(3): 344-352.
[15]	吕敏, 周瑞敏, 吕琨, 魏志祥. 高结晶性小分子给体材料应用于全小分子有机太阳能电池中的研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(3): 284-302.