【背景知识】短路电流密度(Jsc)-衡量钙钛矿太阳能电池性能的一个关键参数

短路电流密度（Jsc）是衡量钙钛矿太阳能电池性能的一个关键参数：

定义

短路电流密度（Jsc）是指在太阳能电池短路状态下，即电池两端电压为零时，通过电池单位面积的电流大小，单位通常为 mA/cm²。它反映了钙钛矿太阳能电池在光照条件下产生光生载流子并将其有效收集的能力。

物理意义

反映光吸收效率：短路电流的大小与钙钛矿材料对太阳光的吸收程度密切相关。吸收的光子越多，产生的光生载流子就越多，从而短路电流越大。

体现载流子传输特性：在钙钛矿太阳能电池中，光生载流子需要在材料内部传输并到达电极才能形成电流。Jsc 的大小可以反映载流子在钙钛矿薄膜、界面以及电极等部位的传输效率和复合情况。如果载流子传输受阻或复合严重，短路电流就会降低。

影响因素

一、钙钛矿薄膜的质量：

晶体结构：高质量的钙钛矿晶体结构有利于载流子的产生和传输。具有合适的晶粒尺寸、取向和结晶度的钙钛矿薄膜，能够减少晶界缺陷和载流子复合中心，从而提高短路电流。

薄膜厚度：一般来说，在一定范围内增加钙钛矿薄膜厚度可以增加光吸收，进而提高短路电流，但厚度过大可能导致载流子复合增加和电场分布不均匀，反而使短路电流降低。

二、界面特性：

钙钛矿 / 电荷传输层界面：良好的界面能级匹配和低的界面电阻可以促进载流子的提取和传输，减少界面处的载流子复合，提高短路电流。

电荷传输层的性质：电荷传输层的迁移率、导电性和对载流子的选择性等性质对短路电流有重要影响。高迁移率的电荷传输层能够快速有效地将载流子传输到电极，从而提高短路电流。

三、光照条件：

光照强度：短路电流与光照强度成正比，在标准测试条件下（如 AM 1.5G 太阳光，1000W/m²），钙钛矿太阳能电池能够产生特定大小的短路电流。当光照强度增加时，短路电流也会相应增加。

光谱分布：不同波长的光在钙钛矿材料中的吸收系数不同，因此光源的光谱分布会影响钙钛矿太阳能电池对光的吸收和短路电流的大小。

四、电极材料和结构：

电极的导电性：高导电性的电极能够减少电极与钙钛矿薄膜之间的接触电阻，使载流子能够顺利地从钙钛矿薄膜传输到外电路，从而提高短路电流。

电极的功函数：电极的功函数需要与钙钛矿材料的能级相匹配，以促进载流子的注入和提取，提高短路电流。

测试方法

通常采用电流 - 电压（J-V）特性测试来测量钙钛矿太阳能电池的短路电流。在测试过程中，使用太阳光模拟器提供标准的光照条件，通过数字源表等仪器测量电池在不同电压下的电流，然后从 J-V 曲线中直接读取短路电流密度的值。此外，还可以结合外部量子效率（EQE）测试来进一步分析短路电流与光吸收和载流子产生的关系

与其他性能参数的关系

与光电转换效率（PCE）的关系：PCE 是衡量太阳能电池性能的综合指标，其计算公式为 PCE=Jsc×Voc×FF/Pin，其中 Voc 为开路电压，FF 为填充因子，Pin 为入射光功率密度。短路电流与开路电压、填充因子共同决定了光电转换效率，在开路电压和填充因子一定的情况下，短路电流越大，光电转换效率越高。

与开路电压（Voc）和填充因子（FF）的相互影响：短路电流、开路电压和填充因子之间相互关联、相互影响。例如，通过优化钙钛矿薄膜的质量和界面特性等，可以同时提高短路电流、开路电压和填充因子，从而显著提升钙钛矿太阳能电池的性能。

提高短路电流的方法

材料优化：通过调整钙钛矿的化学组成、掺杂等方法来改善其光电性能，如开发新型的钙钛矿材料体系、引入合适的掺杂元素以提高载流子迁移率和减少缺陷态密度等。

界面工程：采用界面修饰、插入缓冲层等方法来优化钙钛矿与电荷传输层之间的界面，降低界面电阻和减少载流子复合，例如使用自组装单层、离子夹层等材料来修饰界面。

器件结构设计：设计合理的器件结构，如采用多层结构、优化电极结构等，以提高光的吸收和载流子的收集效率，例如使用纳米结构的电极或增加光反射层来提高光的利用率。