钙钛矿太阳能电池的新理想因子及其阻抗谱响应的解析理论

阻抗谱（IS）是一种相对直接的实验技术，常用于获取光伏器件的物理和化学特性信息。然而，受移动离子空位运动严重影响的钙钛矿太阳能电池（PSC）的非标准物理行为，阻碍了建立一致理论来解释 PSC 阻抗数据的努力。本工作通过从电荷载流子动力学和离子空位运动的基本漂移-扩散模型推导出 PSC 阻抗响应的简单解析模型，弥补了这一缺失。在施加电压接近开路电压 $V_{oc}$ 的 regimes（包括最大功率点）中，解析模型与复杂得多的漂移-扩散模型表现出极好的一致性。两个模型都与文献中的实验 IS 数据表现出良好的定性一致，并预测了 PSC 阻抗测量中观察到的许多异常特征，例如奈奎斯特图中的“巨大低频电容”和“感性弧”。在 PSC 的物理性质已知的情况下，解析模型可用于预测复合电流 $j_{rec}$ 以及电池的高频和低频电阻与电容，$R_{HF}$、$C_{HF}$、$R_{LF}$ 和 $C_{LF}$。在电池物理性质未知的情况下，解析模型也可用于从实验 PSC 阻抗数据中提取物理参数。识别出一个对 PSC 物理特别重要的新颖物理参数。这被称为电子理想因子 $n_{el}$，并且（与标准理想因子相反）可用于推断 PSC 中复合的主要来源，而与其离子性质无关。