Hysteresis phenomena in perovskite solar cells: the many and varied effects of ionic accumulation

钙钛矿(结构) 磁滞 离子键合 材料科学 化学物理 工程物理 纳米技术 化学工程 化学 离子 凝聚态物理 物理 工程类 有机化学
作者
Daniel A. Jacobs,Yiliang Wu,Heping Shen,Chog Barugkin,Fiona J. Beck,Thomas P. White,Klaus Weber,Kylie Catchpole
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:19 (4): 3094-3103 被引量:206
标识
DOI:10.1039/c6cp06989d
摘要

The issue of hysteresis in perovskite solar cells has now been convincingly linked to the presence of mobile ions within the perovskite layer. Here we test the limits of the ionic theory by attempting to account for a number of exotic characterization results using a detailed numerical device model that incorporates ionic charge accumulation at the perovskite interfaces. Our experimental observations include a temporary enhancement in open-circuit voltage following prolonged periods of negative bias, dramatically S-shaped current-voltage sweeps, decreased current extraction following positive biasing or "inverted hysteresis", and non-monotonic transient behaviours in the dark and the light. Each one of these phenomena can be reproduced and ultimately explained by our models, providing further evidence for the ionic theory of hysteresis as well as valuable physical insight into the factors that coincide to bring these phenomena about. In particular we find that both interfacial recombination and carrier injection from the selective contacts are heavily affected by ionic accumulation, and are essential to explaining the non-monotonic voltage transients and S-shaped J-V curves. Inverted hysteresis is attributed to the occurrence of "positive" ionic accumulation, which may also be responsible for enhancing the stabilized open-circuit voltage in some perovskite cells.
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