钙钛矿电池中Rs与Rsh分别指的什么

在钙钛矿电池中，Rs（串联电阻）和Rsh（并联电阻）是两个关键电学参数，直接影响电池的效率与稳定性，具体解析如下：

1. 串联电阻（Rs）

定义：串联电阻是钙钛矿电池内部电流通过时产生的总电阻，主要包括：

• 钙钛矿薄膜的体电阻：材料本身的电阻特性。

• 电极与传输层之间的接触电阻：如电子传输层（ETL）与金属电极、空穴传输层（HTL）与透明导电氧化物（TCO）之间的界面电阻。

• 其他欧姆损失：如导电基底、互联线等部分的电阻。

影响：

• Rs越小越好：串联电阻越小，电池内部电压降越低，填充因子（FF）和短路电流密度（Jsc）越高，最终光电转换效率（PCE）显著提升。

• Rs增大的后果：若阴极材料厚度或面积增加，电子传输路径变长，Rs会显著上升，导致Jsc和FF下降，电池效率降低。例如，华中科技大学团队通过优化器件几何形状和电极设计，将Rs从27.13 Ω·cm²降至9.66 Ω·cm²，使PCE从7.74%提升至13.99%。

检测方法：通过向电池施加微小交流信号，监测其响应特性，可精确提取Rs值。

2. 并联电阻（Rsh）

定义：并联电阻反映电池内部电流分流路径的电阻，主要与以下因素相关：

• 钙钛矿薄膜的覆盖程度：薄膜缺陷（如孔洞、陷阱）会导致局部漏电流，降低Rsh。

• 界面复合：如钙钛矿与传输层界面处的非辐射复合，会形成分流路径。

• 材料电导率：阴极材料厚度增加可提升电导率，间接降低分流电阻。

影响：

• Rsh越大越好：并联电阻越大，漏电流越小，开路电压（Voc）和填充因子（FF）越高，电池效率更稳定。

• Rsh降低的后果：若工艺卫生不良（如铝粉沾污）或刻蚀问题导致薄膜缺陷，Rsh会显著下降，引发Voc和FF损失，甚至烧穿现象。例如，某研究显示，Rsh偏低时，电池效率在30天内可能衰减超17%。

优化策略：

• 提升薄膜质量：通过表面钝化、结晶调控等手段减少缺陷，提高覆盖度。

• 优化界面设计：如采用MgO钝化ZnO表面，抑制界面电荷重组，提升Rsh。

• 控制工艺卫生：避免铝粉等污染物沾污，防止烧穿现象。

Rs与Rsh的协同作用

• 效率提升：降低Rs可减少欧姆损失，提升Jsc和FF；增大Rsh可抑制漏电流，提升Voc和FF。两者协同优化是实现高效率（如25.5%认证效率）的关键。

• 稳定性增强：高Rsh可减少非辐射复合，延缓电池衰减；低Rs可降低热损耗，提升长期运行稳定性。例如，某团队通过降低Rs和非辐射复合率，使电池在30天空气暴露后仍保持初始效率的83%以上。

总结

• Rs（串联电阻）：反映电池内部电流传输的阻碍，需最小化以提升效率。

• Rsh（并联电阻）：反映电池内部漏电流的抑制能力，需最大化以保障稳定性和效率。

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