基于有机-无机金属卤化物钙钛矿材料的电池因兼具低成本溶液加工和高效光电转换性能获得广泛关注。由于该类材料具有高吸收、高迁移率、长寿命和低激子束缚能等优点，在短短5年时间，器件的光电转换效率从3.8%快速提高到20.1%。实验发现，钙钛矿太阳能电池中存在可逆的light soaking现象（如图1所示），即随着光照时间增加器件效率逐渐增强。这可能是由钙钛矿材料的铁电特性、电荷载流子trapping/detrapping过程和离子迁移等因素造成。
　　为了深入分析钙钛矿太阳能电池中的light soaking和hysteresis现象，武汉光电国家实验室胡斌教授课题组利用原位实验手段，从器件界面和体内参数相互耦合的角度分析该现象产生的原因。

　　　　　　　　　图1. 钙钛矿太阳能电池不同光照时间下的电流-电压特性曲线

　　光诱导电容-电压（C-V）实验发现，light soaking可以减小器件电极界面电荷积累。这一过程可以通过两个途径实现：第一，光照状态下，光生载流子可以中和电极界面缺陷；第二，离子迁移可以改变器件中的内建电场，从而影响电极界面电荷积累。借助时间依赖的光致发光（Time-dependent PL）研究手段，研究人员发现light soaking可以减少钙钛矿薄膜内带正电的电荷缺陷密度，增强电荷传输（图2）。

　　图2. (a) 钙钛矿太阳能电池不同光照时间下的电容-电压（C-V）特性曲线　　(b) 钙钛矿薄膜的时间依赖的光致发光（Time-dependent PL）曲线

　　　图3. 钙钛矿太阳能电池不同光照时间下的电容-频率（C-f）特性曲线

　　为了进一步得到控制light soaking和hysteresis现象的相互关联的界面和体内参数，该研究小组进行了电容-频率（C-f）的测量（图3）。实验结果表明，light soaking可以增加电极界面极化，同时减小钙钛矿薄膜的体内极化。体内极化的减小可以降低器件总的电荷分离，增加电荷复合，从而导致短路电流减小。结合Time-dependent PL和C-f实验结果可以看到，界面电极化和体内电极化通过电荷输运场相互耦合，相互协调地控制钙钛矿电池中的light soaking和hysteresis现象。2015年5月15日，Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201500279 (2015)）发表了其研究成果“ 钙钛矿太阳能电池中light soaking和hysteresis效应的研究”（Revealing Underlying Processes Involved in Light Soaking Effects and Hysteresis Phenomena in Perovskite Solar Cells）.
　　该研究工作得到了国家“ 973计划”（2014CB643506、2013CB922104）、国家自然科学基金（61475051）等项目的支持。
文章链接：http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201500279