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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

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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。