Hysteresis and Capacitive Features of Perovskite Solar Cells

Abstract

In the present work, anomalous distortions occurring in the current-voltage characteristic of perovskite solar cells (PSCs), usually called J-V curve hysteresis, are studied by several methods. This includes dynamic direct current (DC) mode J-V experiments and impedance spectroscopy (IS) analyses in dark and under illumination. The J-V curves of PSCs were measured under different conditions showing capacitive hysteretic currents. This is related with low frequency excess capacitance in the IS spectra. These two features are correlated with the response of mobile ions in space charge regions close to the interfaces. The large values of capacitance under illumination in the sub-Hz regime were explained in terms of mobile ions space charges and chemical capacitances assuming a proportionality between the number of ionized/activated mobile ions and the concentration of charge carriers and photon fluence.

En el presente trabajo se estudian por varios métodos las distorsiones anómalas en la característica de corriente-voltaje de las celdas solares de perovskita (PSC), típicamente llamada histéresis de J-V. Esto incluye experimentos dinámicos de J-V en modo de corriente continua (DC) y análisis de espectroscopía de impedancia (IS) en oscuridad y bajo iluminación. Las curvas J-V en oscuridad de las PSCs exhiben corrientes capacitivas, relacionadas con un exceso de capacitancia de baja frecuencia en los espectros de IS. Estas dos características están correlacionadas con la respuesta de iones móviles en regiones espaciales de carga hacia las interfaces. Los grandes valores de capacitancia bajo iluminación a frecuencias por debajo de las unidades de Hz se explicaron en términos de regiones de cargas espaciales de iones móviles y capacitancias químicas, suponiendo una proporcionalidad entre el número de iones móviles ionizados/activados y la concentración de portadores de carga y flujo de fotones.