牛津大学EES：探测钙钛矿太阳能电池中的离子电导率和电场屏蔽：通过离子漂移电流的新探索

摘要：牛津大学Henry J. Snaith团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“Probing ionic conductivity and electric field screening in perovskite s

牛津大学Henry J. Snaith团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“Probing ionic conductivity and electric field screening in perovskite solar cells: A novel exploration through ion drift currents”的研究论文，Matthias Diethelm为第一作者，Matthias Diethelm & Henry J. Snaith为共同通讯作者。

核心亮点：本文分析了屏蔽体电场情况下的偏置辅助电荷提取(BACE)方法，并引入了一种基于BACE的新表征方法，揭示了初始电流密度和电流衰减动力学取决于离子电导率，而离子电导率是离子密度和迁移率的乘积。通过阻抗谱独立测量离子密度，从BACE电导率获得离子迁移率。强调了低离子密度和高离子密度情况之间的重要差异，这揭示了体电场是否完全屏蔽。

近年来，基于金属卤化物钙钛矿的光电器件因其高效和低成本生产的潜力而受到广泛关注。人们已经认识到，可移动离子是影响器件响应和长期运行稳定性的关键材料成分。事实上，后者可以被视为发展具有竞争力的光伏技术的重大障碍，该技术仍由稳定的硅太阳能电池主导。电学表征方法主要观察离子对本体/界面复合的复杂间接影响，在直接量化钙钛矿材料中的离子密度和迁移率，以及理解离子对体电场和界面电场的影响方面遇到了困难。

基于此问题，牛津大学Henry J. Snaith团队分析了屏蔽体电场情况下的偏置辅助电荷提取(BACE)方法，并介绍了一种基于BACE的新表征方法，称为离子漂移BACE，揭示了初始电流密度和电流衰减动力学取决于离子电导率，而离子电导率是离子密度和迁移率的乘积。这意味着对于钙钛矿太阳能吸收层中常见的未知高离子密度，无法直接从 BACE 测量中获得迁移率。研究人员推导出一个分析模型来说明电流密度、电导率和体场屏蔽之间的关系，并得到了漂移扩散模拟的支持。通过使用阻抗谱独立测量离子密度，展示了如何从BACE离子电导率推导出离子迁移率。强调了低离子密度和高离子密度情况之间的重要差异，对于高离子密度，电流衰减动力学与预处理和提取电压之间的差异无关，而低离子密度状态下电流下降的时间尺度强烈取决于预处理电压。这揭示了体电场是否完全屏蔽。

该研究使BACE成为研究混合离子电子钙钛矿材料的实验方法，超越了离子密度提取，并为其用于完全量化钙钛矿太阳能电池吸收层中的离子迁移率和密度设定了限制和条件。阐明了钙钛矿太阳能电池内发生的复杂离子相关过程，并为卤化物钙钛矿器件作为混合离子-电子导体的工作原理提供了新的见解。