钙钛矿电池如何通过J-V曲线算并联电阻

在钙钛矿电池中，通过J-V（电流-电压）曲线计算并联电阻（Rsh）通常基于等效电路模型。以下是具体步骤和方法：

1. 等效电路模型

钙钛矿电池的等效电路模型通常包括以下几个部分：

• 光生电流源 Jph：由光照产生的电流。

• 理想二极管 Dc：代表辐射复合电流。

• 非辐射复合二极管 Dm：代表体复合和表面复合电流。

• 串联电阻 Rs：代表电池内部的欧姆损耗。

• 并联电阻 Rsh：代表漏电流，通常与电池内部的缺陷和寄生电阻有关。

2. 伏安特性方程

J-V曲线的伏安特性方程可以表示为： J(V)=Jph−Jr(V)−Jbulk(V)−Jsurf(V)−Jsh(V) 其中：

• Jph 是光生电流。

• Jr(V) 是辐射复合电流。

• Jbulk(V) 是体复合电流。

• Jsurf(V) 是表面复合电流。

• Jsh(V) 是漏电流，可以表示为： Jsh(V)=RshV+J⋅Rs

3. 拟合J-V曲线

通过实验测量得到的J-V曲线，使用非线性拟合方法（如最小二乘法）来拟合上述伏安特性方程。拟合过程中，可以提取以下参数：

• 光生电流 Jph

• 串联电阻 Rs

• 并联电阻 Rsh

• 体复合系数 γbulk

• 表面复合系数 γsurf

4. 提取并联电阻

在拟合过程中，通过调整并联电阻 Rsh 的值，使得拟合曲线与实验测量的J-V曲线尽可能接近。通常，Rsh 的值越大，漏电流越小，电池性能越好。

5. 评估并联电阻的影响

通过比较不同 Rsh 值下的J-V曲线，可以评估并联电阻对电池性能的影响。例如，较低的 Rsh 会导致较大的漏电流，从而降低填充因子（FF）和光电转换效率（PCE）。

示例

假设实验测量的J-V曲线如下：

• 开路电压 Voc=1.12V

• 短路电流密度 Jsc=20mA/cm2

通过拟合，得到以下参数：

• Rs=4.20Ω⋅cm2

• Rsh=1000Ω⋅cm2

这些参数可以帮助进一步优化电池设计，减少寄生电阻，提高效率。

通过上述方法，可以准确计算并评估钙钛矿电池中的并联电阻，为电池性能优化提供重要依据。