[發明專利]一種基于EIS分析的鈣鈦礦太陽電池電子壽命測試方法

有效

• 申請號: 201710507702.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107359860B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 潘武淳;王磊;王寧;王鼎;倪豪逸;張臻
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H02S50/15
• 分類號: H02S50/15;G01R31/36
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張賞

本發明公開了一種基于EIS分析的鈣鈦礦太陽電池電子壽命測試方法，通過在鈣鈦礦太陽電池上施加一定的直流偏壓，并以小振幅的交流電壓信號作為擾動信號，進而得到鈣鈦礦太陽電池的EIS圖譜，通過一定的電子元件建立等效電路模型，采用Z?view軟件對構建的等效電路進行擬合分析，確定模型中各個元件參數，通過公式計算得出鈣鈦礦太陽電池的電子壽命。本發明采用EIS方法，降低了對電池片的損害，提高了測量的精度，通過擬合結果能夠直觀的計算出電子的壽命，大大減少了運算量，提高了計算速度，具有良好的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于EIS分析的鈣鈦礦太陽電池電子壽命測試方法，屬于薄膜器件界面電子轉移測量技術領域。

背景技術

太陽能光伏發電是解決目前日益嚴重的能源與環境問題的一種有效手段，在最近幾年里，新型鈣鈦礦太陽電池得到迅猛發展，其最高光電轉換效率已經達到20%以上，雖然鈣鈦礦太陽電池效率在不斷提升，但是相對于目前大規模應用的硅電池而言，鈣鈦礦電池的效率以及投入市場應用仍有待提高。影響鈣鈦礦太陽電池效率的關鍵因素之一是電子-空穴的復合，一部分的光生電子會因電池內部的復合過程而損失，進而無法形成光電流。所以研究光生電子的界面電子轉移機制已成為開發高效鈣鈦礦太陽能電池的關鍵。

電子壽命是描述界面電子轉移速率的重要參數，在熱平衡條件下，這一參數表示電子不斷地由價帶激發到導帶，產生電子空穴對，與此同時，它們又不停地復合。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于EIS分析的鈣鈦礦太陽電池電子壽命測試方法，實現利用EIS圖譜分析電池片中電子傳輸、轉移、復合等過程，以表征鈣鈦礦電池內部載流子行為。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于EIS分析的鈣鈦礦太陽電池電子壽命測試方法，包括以下步驟：

1）選擇一個高效鈣鈦礦太陽能電池片；

2）啟動電化學工作站，對所選擇的鈣鈦礦太陽能電池片施加一定的直流偏壓，并以振幅為10 mV -20 mV的交流電壓信號作為擾動信號，測試頻率為0.1 Hz -10⁶Hz范圍進行測量，得到該鈣鈦礦太陽能電池片阻抗圖譜；

3）利用ZView對測量得到阻抗圖譜進行擬合，建立等效電路模型，并得到等效電路模型的元件參數；

4）根據公式τ_n=1/ω_r=R_r*C_μ計算鈣鈦礦太陽能電池片中電子壽命，

根據公式τ_n=1/ω_r=1/2πf_max分析電子壽命的變化規律，

其中，τ_n為電子壽命，f_max為波特圖形中頻率段最高點對應的頻率，ω_r為電子在有限層擴散的恒定復合角頻率，其與f_max的關系為ω_r=2πf_max ，R_r和C_μ分別代表不同界面電子復合電阻和電容，R_r和C_μ通過步驟3）擬合得到，ω_r在阻抗圖譜中根據特征峰值判斷。

前述的步驟1）中，選擇一組高效鈣鈦礦太陽能電池片的方法為：在相同條件下，制備若干鈣鈦礦太陽能電池片，測試在一定光照下鈣鈦礦太陽能電池片的I-V特性曲線，計算得到光電轉換效率，填充因子，選取光電轉換效率和填充因子都高的電池片。

前述的步驟2）中，所施加的直流偏壓為鈣鈦礦太陽能電池片不同工作點的工作電壓。

前述的步驟3）的具體操作如下：