Quantification of Efficiency Losses Due to Mobile Ions in Perovskite Solar Cells via Fast Hysteresis Measurements

离子 磁滞 材料科学 能量转换效率 电容 钙钛矿(结构) 半导体 化学物理 光电子学 扩散 化学 凝聚态物理 物理 热力学 电极 物理化学 有机化学 结晶学
作者
Vincent M. Le Corre,Jonas Diekmann,Francisco Peña‐Camargo,Jarla Thiesbrummel,Nurlan Tokmoldin,Emilio Gutierrez‐Partida,Karol Pawel Peters,Lorena Perdigón‐Toro,Moritz H. Futscher,Felix Lang,Jonathan Warby,Henry J. Snaith,Dieter Neher,Martin Stolterfoht
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:6 (4) 被引量:70
标识
DOI:10.1002/solr.202100772
摘要

Perovskite semiconductors differ from most inorganic and organic semiconductors due to the presence of mobile ions in the material. Although the phenomenon is intensively investigated, important questions such as the exact impact of the mobile ions on the steady‐state power conversion efficiency (PCE) and stability remain. Herein, a simple method is proposed to estimate the efficiency loss due to mobile ions via “fast‐hysteresis” measurements by preventing the perturbation of mobile ions out of their equilibrium position at fast scan speeds (1000 V s −1 ). The “ion‐free” PCE is between 1% and 3% higher than the steady‐state PCE, demonstrating the importance of ion‐induced losses, even in cells with low levels of hysteresis at typical scan speeds (100 mV s −1 ). The hysteresis over many orders of magnitude in scan speed provides important information on the effective ion diffusion constant from the peak hysteresis position. The fast‐hysteresis measurements are corroborated by transient charge extraction and capacitance measurements and numerical simulations, which confirm the experimental findings and provide important insights into the charge carrier dynamics. The proposed method to quantify PCE losses due to field screening induced by mobile ions clarifies several important experimental observations and opens up a large range of future experiments.
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