钙钛矿太阳能电池负电容的奥秘得以解决

钙钛矿型太阳能电池正处于超越当前薄膜太阳能电池竞争的边缘，似乎以高效率和低成本体现了理想的太阳能电池。但是，它们的长期稳定性差，这仍然是一个挑战。与之相关的是钙钛矿材料和设备中发生的特殊现象，其中非常缓慢的微观过程会导致某种“记忆效应”。

例如，测量钙钛矿太阳能电池的效率可能取决于诸如在测量之前将设备照明多长时间或如何施加电压等问题。几年前，这种效应被称为电流-电压磁滞，导致在准确确定钙钛矿效率方面引起争议。这些晦涩过程的另一个例子是在昼夜循环过程中(部分)恢复先前退化的太阳能电池。

当测量作为频率函数的太阳能电池性能时，这种影响是一个问题，这是用于更详细地表征这些设备的典型测量(阻抗谱)。它们会导致低频(Hz至mHz)的大信号和巨大的电容值(mF / cm 2)，包括奇怪的，“非物理的”负值，这仍然困扰着研究界。

现在，EPFL安德斯·哈格菲尔德(Anders Hagfeldt)实验室的化学工程师解决了这个难题。在哈格菲尔德实验室的科学家沃尔夫冈·特雷斯(Wolfgang Tress)的带领下，他们发现，大的钙钛矿电容在电荷存储的意义上不是传统电容，而是因为细胞的响应时间慢而以电容的形式出现。

研究人员通过在时域中进行测量并使用不同的电压扫描速率来证明这一点。他们发现，视在电容的来源是通过太阳能电池接触的电流的缓慢变化，这由移动离子电荷的缓慢积累来调节。缓慢增加的电流看起来像阻抗谱中的负电容。

这项工作揭示了这些设备中的光伏效应与钙钛矿材料的离子电导率之间的相互作用。获得如此深入的了解有助于为定制，稳定的钙钛矿型太阳能电池做出努力。