在前不久解讀的JMCA論文中，我在視頻中給我的觀眾們留了一道開放題。使用FAPbI3晶種實(shí)現(xiàn)外延生長的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜【JMCA】

如果我想提升開路電壓和短路電流，那我該從哪些方面入手？

很感謝 @在下Stick?的回復(fù)，我今天就這個(gè)話題專門寫這個(gè)專欄來聊聊這個(gè)話題，希望能解答你們心中的疑惑。

首先放圖，這個(gè)圖來自最新鄢炎發(fā)教授的Science。

其中的這個(gè)圖A中，曲線和y軸相交的點(diǎn)的數(shù)字就是短路電流數(shù)值，橫軸相交的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)字就是開路電壓數(shù)字，曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)中坐標(biāo)相乘最大的數(shù)字所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，通過計(jì)算就可以得到填充因子。

所謂鈣鈦礦太陽能電池的研究，就是努力增大短路電流，開路電壓和填充因子。那么如何增加，這些東西都和什么因素相關(guān)呢？

1. 短路電流（Jsc）

研究一個(gè)東西跟什么因素相關(guān)，我們可以先觀察這個(gè)東西的單位。短路電流的單位應(yīng)是mA。然而實(shí)際中，包括上圖展示的單位都是mA/cm2。所以你可以首先知道，之所以我們都報(bào)道短路電流（密度）這個(gè)數(shù)字，是因?yàn)槎搪冯娏鞲骷拿娣e有關(guān)。器件有大有小，所以報(bào)道密度是更合理的方式。

其次，思考一下電流這個(gè)東西。它是電子數(shù)量在單位時(shí)間定向流經(jīng)單位面積的一個(gè)表示。而電子數(shù)量的多少在鈣鈦礦太陽能電池中取決于載流子的生成和外電路的結(jié)合，接著反推對(duì)應(yīng)的就是對(duì)光子的吸收和minor載流子收集的能力。（光照強(qiáng)，產(chǎn)生的載流子多；minor載流子收集能力強(qiáng)，外電路有更多的結(jié)合，電流高）

所以如何提升光子的吸收和minor載流子的收集能力呢？首先材料的帶隙可以進(jìn)行更好的調(diào)控，針對(duì)AM1.5的光譜，我們盡可能設(shè)計(jì)合適的帶隙，吸收更多的光子。然后，針對(duì)minor載流子的收集能力，這個(gè)主要是關(guān)于空穴的提取，比如說提升鈣鈦礦層的結(jié)晶情況降低缺陷，更少的非輻射復(fù)合，更多空穴去外電路；比如說對(duì)鈣鈦礦和空穴傳輸層界面進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)行表面鈍化，讓空穴提取能力提升；比如選擇更合適的空穴傳輸層，提升空穴的濃度和壽命等。這些的目的都是為了讓更多的空穴能去外電路和電子匯合產(chǎn)生電流。

2. 開路電壓（Voc）

說完了短路電流，我們?cè)倏纯撮_路電壓。關(guān)于開路電壓的研究有很多，我這邊用其中一個(gè)公式簡(jiǎn)單的描述它。

在這個(gè)公式中，n是理想二極管系數(shù)，所以很多文章中你們看到光強(qiáng)度和Voc的測(cè)試曲線；T是溫度，溫度的改變影響器件的開路電壓；I0是暗飽和電流，需要盡可能的低，然后IL是光生電流。

我們跟短路電流的案例一樣，依次展開這幾項(xiàng)。I0這一項(xiàng)跟材料內(nèi)部無光照下的本征載流子濃度有關(guān)，并且隨著溫度T的改變會(huì)更劇烈的變化。IL近似可以理解為短路電流。所以我們也就知道了Voc會(huì)更依賴材料體系內(nèi)部的載流子濃度和復(fù)合。

說到載流子的復(fù)合，我們要盡可能的轉(zhuǎn)移和提取載流子，這樣可以提升光電流降低暗飽和電流。這就對(duì)鈣鈦礦和載流子傳輸層的能級(jí)匹配還有界面缺陷提出了要求。當(dāng)然我個(gè)人看法，能級(jí)匹配是最重要的?，F(xiàn)在很多文章喜歡用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂QFLS這個(gè)數(shù)字來評(píng)估開路電壓的損失，我就覺得很好。

3. 填充因子（FF）

填充因子這個(gè)指標(biāo)呢，根據(jù)上面的近似公式可以很清楚的看到，它跟“開路電壓”關(guān)系很大。通常來說開路電壓越大，填充因子也會(huì)更大。所以載流子復(fù)合對(duì)填充因子影響很大。但為什么一開始說開路電壓我打了引號(hào)，因?yàn)楣竭@里是voc，小寫的v，也就是歸一化的開路電壓，它與理想二極管系數(shù)有一個(gè)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

展開說這個(gè)載流子復(fù)合，我們就需要研究載流子復(fù)合的機(jī)理。比如說缺陷的復(fù)合，比如說是那種載流子主導(dǎo)的復(fù)合。如果只是minor載流子引起的復(fù)合比如說Shockley-Read-Hall(SRH)復(fù)合或者價(jià)帶到導(dǎo)帶的復(fù)合，那理想二極管系數(shù)會(huì)更靠近1，F(xiàn)F較高；而如果是兩種載流子共同引起的，比如說缺陷引起的，尤其缺陷在帶隙間，那么理想二極管系數(shù)會(huì)迫近2，那么歸一化開路電壓會(huì)下降，F(xiàn)F會(huì)下降。

大概就是這樣，未來很多東西會(huì)往深了寫，不過目前來看，應(yīng)該夠你們消化，然后入個(gè)門了。