Mysteriet om negativ kapacitans i perovskite solceller løst

På nippet til at udkonkurrere nuværende tyndfilmede solceller, perovskite solceller synes at indeholde en ideel solcelle med høj effektivitet og lave omkostninger. Imidlertid, de har dårlig langsigtet stabilitet, hvilket stadig er en udfordring. I forbindelse hermed er ejendommelige fænomener, der forekommer i materialer og anordninger fra perovskit, hvor meget langsomme mikroskopiske processer forårsager en slags "hukommelseseffekt."

For eksempel, måling af effektiviteten af ​​en perovskit solcelle kan afhænge af ting som hvor lang tid enheden er oplyst før måling eller hvordan spændingen blev påført. Et par år siden, denne effekt, kendt som strømspændingshysterese, førte til tvister om nøjagtig bestemmelse af perovskites effektivitet. Et andet eksempel på disse uklare processer er en (delvis) genopretning af en tidligere nedbrudt solcelle under dag-nat cykling.

Sådanne effekter er en bekymring ved måling af solcelleydelse som en funktion af frekvens, hvilket er en typisk måling til karakterisering af disse enheder mere detaljeret (impedansspektroskopi). De fører til store signaler ved lave frekvenser (Hz til mHz) og gigantiske kapacitansværdier (mF/cm ² ), herunder mærkeligt, "ufysiske" negative værdier, der stadig er et puslespil for forskningsmiljøet.

Nu, kemiske ingeniører fra laboratoriet til Anders Hagfeldt på EPFL har løst mysteriet. Anført af Wolfgang Tress, en videnskabsmand i Hagfeldts laboratorium, de fandt ud af, at de store perovskitkapacitanser ikke er klassiske kapacitanser i betydningen opladning, men fremstår bare som kapacitanser på grund af cellernes langsomme responstid.

Forskerne viser dette ved målinger i tidsdomænet og med forskellige spændingsscanningshastigheder. De finder, at oprindelsen til den tilsyneladende kapacitans er en langsom ændring af strømmen, der passerer solcellernes kontakt, som reguleres af en langsom akkumulering af mobil ionisk ladning. En langsomt stigende strøm fremstår som en negativ kapacitans i impedansspektrene.

Værket kaster lys over samspillet mellem den fotovoltaiske effekt i disse enheder og perovskitmaterialers ioniske ledningsevne. At få en sådan dybdegående forståelse bidrager til bestræbelserne på at skræddersyet, stabile perovskite solceller.