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。