钙钛矿太阳能电池的负电容之谜被解开

在与现有的薄膜太阳能电池竞争的边缘，钙钛矿太阳能电池似乎体现了一个理想的太阳能电池的高效率和低成本。然而，它们的长期稳定性较差，这仍然是一个挑战。与此相关的是钙钛矿材料和设备中出现的特殊现象，在这些材料和设备中，非常缓慢的微观过程会导致一种“记忆效应”。

例如，测量钙钛矿太阳能电池的效率取决于设备在测量前被照亮的时间，或者电压是如何施加的。几年前，这种被称为电流-电压滞后的效应引发了关于准确测定钙钛矿效率的争论。这些模糊过程的另一个例子是一个(部分)恢复之前退化的太阳能电池在日夜循环。

当测量太阳能电池性能作为频率的函数时，这种影响是一个问题，这是一种典型的测量方法，用于更详细地描述这些设备(阻抗谱)。它们导致低频(Hz到mHz)的大信号和超大电容值(mF/cm2)，包括奇怪的、“非物理的”负值，这些负值至今仍是研究领域的一个谜。

现在，来自EPFL的Anders Hagfeldt实验室的化学工程师们已经解开了这个谜团。在Hagfeldt实验室的科学家Wolfgang Tress的带领下，他们发现大型钙钛矿电容并不是传统意义上的电荷存储电容，而是由于细胞反应时间较慢而表现出的电容。

研究人员通过时域测量和不同电压扫描速率来证明这一点。他们发现，表观电容的来源是通过太阳能电池接触电流的缓慢修正，这是由移动离子电荷的缓慢积累调节的。缓慢增加的电流在阻抗谱中表现为负电容。

这项工作揭示了光伏效应与钙钛矿材料离子电导率之间的相互作用。对钙钛矿电池的深入了解，将有助于为其量身定做、性能稳定的太阳能电池。

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