钙钛矿太阳能电池（PSC）教程 – 第 D 部分：寄生元件与暗态 JV

1. 钙钛矿器件中的寄生效应

漂移–扩散建模能够给出对 钙钛矿吸收层 的详细描述，其中电子与空穴同时存在，并发生复合、俘获与光生载流子产生。 然而，真实的钙钛矿太阳能电池还会因其传输层、接触以及制备缺陷而表现出非理想行为。 这些效应体现为会修改 JV 曲线的 寄生元件。

最常见的寄生项之一是 串联电阻（R_s），它来自透明电极（例如 FTO）的有限电导、诸如 TiO₂ 或 Spiro-OMeTAD 等载流子传输层， 甚至还包括布线与片电阻。它主要影响 JV 曲线的高电压区域，此处电流开始出现滚降，从而降低填充因子并减少最大功率点。

另一个重要损失是 并联电阻（R_shunt）。它表示绕过有源钙钛矿层的漏电通路， 往往由针孔、表面粗糙、不完全覆盖或工艺缺陷引起。在 JV 图中，分流表现为 0 V 附近斜率变平， 从而降低 J_SC、填充因子以及器件稳定性。

这些贡献可用紧凑的等效电路模型来描述，如 ?? 所示。 其中漂移–扩散二极管（代表钙钛矿）与 R_shunt 并联，并与 R_s 串联。 还可加入可选的电容项以描述几何电容，这在瞬态研究中很重要。

在 OghmaNano 中，寄生项通过 寄生元件编辑器 进行编辑，该编辑器位于 电学 功能区下（见 ??）。 并联电阻 以面积归一化数值（Ω·m²）输入，以便有效漏电随器件尺寸缩放。 串联电阻 以集总电阻值（Ω）给出，与面积无关。 R_s 与 R_shunt 结合使用，可再现实验中真实 MAPbI₃ 器件在 JV 曲线中表现出的关键非理想性。

2. 在暗态下分析钙钛矿器件

到目前为止，每次模拟都是在 AM1.5G 光谱照明下进行的。这对于预测功率输出是合理的，但太阳能电池研究人员知道， 暗态 JV 曲线 往往能提供更深入的洞见。在无光条件下测量或模拟器件会移除光生电流，并隔离器件堆叠的电子损失。 在许多情况下，当诊断钙钛矿电池为何未达到其理论性能时，暗态曲线比受光曲线更具揭示性。

在本练习中，你将直接从暗态 JV 中提取 R_shunt 与 R_s。 要在 OghmaNano 中关闭照明，进入 光学功能区 → 光强（suns） 并将其设置为 0.0。 3D 器件面板中的绿色光子标记会消失，从而确认模型正在暗态条件下运行（??）。

现在检查寄生电阻如何塑造曲线。先将 R_shunt 设为很高（例如 1 MΩ·m²）并运行扫描。 然后将其降低到较低值（例如 1 Ω·m²）。比较原点附近斜率如何变化：较低的并联电阻会产生漏电并抑制 V_OC。 接着调整 R_s：先将其设为 0 Ω，然后增加到 20 Ω。比较正向偏置下的滚降以及填充因子的变化。 使用 x 线性 / y 对数坐标（l）绘图以更清晰地显示变化。 图 ?? 标出了暗态 JV 中分别对应 并联漏电、复合以及串联电阻的区域。 记住：中等电压区域的复合损失不由 R_shunt 或 R_s 控制； 这需要修改复合参数，我们将在后面讨论。