[发明专利]一种基于EIS分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法

说明书

本发明公开了一种基于EIS分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法，通过在钙钛矿太阳电池上施加一定的直流偏压，并以小振幅的交流电压信号作为扰动信号，进而得到钙钛矿太阳电池的EIS图谱，通过一定的电子元件建立等效电路模型，采用Z‑view软件对构建的等效电路进行拟合分析，确定模型中各个元件参数，通过公式计算得出钙钛矿太阳电池的电子寿命。本发明采用EIS方法，降低了对电池片的损害，提高了测量的精度，通过拟合结果能够直观的计算出电子的寿命，大大减少了运算量，提高了计算速度，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于EIS分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法，属于薄膜器件界面电子转移测量技术领域。

背景技术

太阳能光伏发电是解决目前日益严重的能源与环境问题的一种有效手段，在最近几年里，新型钙钛矿太阳电池得到迅猛发展，其最高光电转换效率已经达到20%以上，虽然钙钛矿太阳电池效率在不断提升，但是相对于目前大规模应用的硅电池而言，钙钛矿电池的效率以及投入市场应用仍有待提高。影响钙钛矿太阳电池效率的关键因素之一是电子-空穴的复合，一部分的光生电子会因电池内部的复合过程而损失，进而无法形成光电流。所以研究光生电子的界面电子转移机制已成为开发高效钙钛矿太阳能电池的关键。

电子寿命是描述界面电子转移速率的重要参数，在热平衡条件下，这一参数表示电子不断地由价带激发到导带，产生电子空穴对，与此同时，它们又不停地复合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于EIS分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法，实现利用EIS图谱分析电池片中电子传输、转移、复合等过程，以表征钙钛矿电池内部载流子行为。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于EIS分析的钙钛矿太阳电池电子寿命测试方法，包括以下步骤：

1）选择一个高效钙钛矿太阳能电池片；

2）启动电化学工作站，对所选择的钙钛矿太阳能电池片施加一定的直流偏压，并以振幅为10 mV -20 mV的交流电压信号作为扰动信号，测试频率为0.1 Hz -10⁶Hz范围进行测量，得到该钙钛矿太阳能电池片阻抗图谱；

3）利用ZView对测量得到阻抗图谱进行拟合，建立等效电路模型，并得到等效电路模型的元件参数；

4）根据公式τ_n=1/ω_r=R_r*C_μ计算钙钛矿太阳能电池片中电子寿命，

根据公式τ_n=1/ω_r=1/2πf_max分析电子寿命的变化规律，

其中，τ_n为电子寿命，f_max为波特图形中频率段最高点对应的频率，ω_r为电子在有限层扩散的恒定复合角频率，其与f_max的关系为ω_r=2πf_max ，R_r和C_μ分别代表不同界面电子复合电阻和电容，R_r和C_μ通过步骤3）拟合得到，ω_r在阻抗图谱中根据特征峰值判断。

前述的步骤1）中，选择一组高效钙钛矿太阳能电池片的方法为：在相同条件下，制备若干钙钛矿太阳能电池片，测试在一定光照下钙钛矿太阳能电池片的I-V特性曲线，计算得到光电转换效率，填充因子，选取光电转换效率和填充因子都高的电池片。

前述的步骤2）中，所施加的直流偏压为钙钛矿太阳能电池片不同工作点的工作电压。

前述的步骤3）的具体操作如下：