钙钛矿太阳能电池从正向扫描（从短路到开路）和反向扫描（从开路到短路）测量的电流密度-电压（J-V）曲线之间表现出明显的不匹配，导致钙钛矿太阳能电池的迟滞J-V曲线。笔者在此整理了PSCs中迟滞现象的起源机制以及影响迟滞的因素需要注意：本文归纳出的迟滞现象的共性，并不能代表所有的情形。由于钙钛矿器件结构的敏感，其任何小的和大的变化都可以改变电极处的载流子收集，进而改变钙钛矿太阳能电池的 J-V迟滞程度。尽管有证据表明某些共同特征表现出抑制迟滞现象，但确定消除迟滞的唯一条件是非常困难的。即使对于在不同实验室制造的相同结构的器件，制备条件略有不同，迟滞程度也会发生很大变化。迟滞不是材料的整体属性，而是界面电荷积累与复合机制的差异、深能级缺陷与电荷捕获的影响以及钙钛矿材料本身的质量、晶粒尺寸和多孔层的使用等因素共同作用的结果。本篇文章只能帮助大家对钙钛矿太阳能电池的迟滞特性有更全面的理解，无法完全解释日常实验中遇到的差异。钙钛矿太阳能电池的迟滞特性受到多种因素的影响，如器件结构、钙钛矿薄膜的厚度和形态、电子层的特性，以及在测量过程中的处理条件。通常情况下，反式钙钛矿太阳能电池比正式结构显示出较小的迟滞效应，如图1所示；图1 钙钛矿（MAPI3）电池的正向和反向扫描J-V曲线：（a）正式结构；（b）反式结构[1]
但是，反式结构并不是消除迟滞的充分条件，在ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3Pb3-xIx/PCBM/AI 结构中，器件的迟滞情况取决于PCBM的厚度，如下图所示![]()
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图2 PCBM薄膜厚度对倒置钙钛矿太阳能电池J-V迟滞的影响，PCBM的厚度为：（a）10nm，（b）40nm，（c）90nm[2]
此外，迟滞现象还会随着钙钛矿膜厚度和形貌的变化而变化。随着钙钛矿膜厚度的增加，迟滞效应会越来越严重。如下图所示
图3 随着钙钛矿膜厚度的增加，平面钙钛矿CH3NH3Pb3-xIx中的迟滞现象
即使对于相同的样品，测量条件的任何变化都可以显著改变电池的迟滞行为。迟滞很大程度上取决于外加偏压的扫描速率，随着快速扫描，这种现象得加明显。而非常慢和极快的扫描则可以忽略不计。如下图所示
图4 由偏置电压的扫描速率引起的迟滞变化的示例图[3]
J-V迟滞对扫描速率的依赖性意味着涉及非稳态瞬态过程。当从正向偏压到短路时(即反向扫描)，该瞬态光电流总是高于稳态电流。另一方面，对于正向扫描，每个电压下的瞬态光电流值小于稳态值。扫描速率越快，正向和反向J-V曲线之间的差异就越大。观察到的迟滞实际上是在每个偏置电压下测量的瞬态光电流的结果。该瞬态光电流分别高于和低于反向和正向扫描的稳态值。除此之外，温度、光强度也会对迟滞特性产生影响。
那么，迟滞现象的产生机制是什么呢？
铁电性，是指在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。铁电材料的一个特征性表现是，当外部施加的极化场改变方向时，铁电畴的方向也会反转。
图6 左图 钙钛矿器件的E-P(电场-极化)测量图
右图 铁电材料中极化P与电场E之间关系的示意图，路径 A-B-C表示中等扫描速率下的正向扫描，路径 C-D-A 表示反向扫描明[5]
根据提出的模型，直接依赖于内部场（Ein）的极化（P ），分别在正向和反向扫描中减小和增大。由于P不能跟随电压扫描的速率，过量极化(△P)会产生瞬态。在正向扫描中，与内部场（Ein）并联的△P 导致瞬态电流值低于稳态电流。在反向扫描时，极化的变化导致瞬态电流高于稳态电流。因此，反向扫描会显示更高的电流和更好的填充因子。
2、界面处的载流子动力学
众所周知，在任何异质界面处的结构缺陷和/或能级不匹配，可以产生作用于载流子提取的潜在障碍，并因此导致这些载流子在界面处的累积。由于载流子累积，界面处的间隙可以充当电容器，从而显著改变载流子提取。因此，这种界面缺陷导致载流子的提取不平衡。载流子提取很大程度上取决于接口处的物理接触和电子的接触。因此，各层的导电性和它们的形貌以及界面连接性，在引起迟滞现象中都起作用。3、离子迁移及陷阱态
尽管有几项独立的研究证实，缺陷介导了碘离子向界面的缓慢移动，带来了界面特性的变化，导致迟滞现象。然而，它在产生瞬态电流而实际导致迟滞中的作用，还没有一个清晰的认识。根据 Snaith 等提出的模型，仅有离子迁移不能解释迟滞现象，但离子迁移和界面陷阱态可以共同解释迟滞现象。在图 8 中比较了仅包含离子以及包含离子和陷阱状态的钙钛矿太阳能电池的模拟J-V 特性。因此，可以认为，移动离子或陷阱状态的密度的降低可以减少迟滞。
图8 模拟的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线的比较: (a)仅离子迁移，没有迟滞效应; (b)包含离子迁移（迁移率不同）和缺陷态，有迟滞效应[7]
虽然到目前为止还没有一个单一的、一致接受的迟滞机理，但这里给出来几种不同的迟滞起源供大家参考，帮助解释实验中遇到的迟滞现象。
消除迟滞很重要，但理解迟滞与稳态功率输出和性能稳定性的关系更为重要，由于实际使用的太阳能电池必须随时间在特定电压(MPP)下工作，因此电压扫描观察到的迟滞可能不是问题，只要该现象不影响器件的稳定功率输出即可。换句话说，重要的是要知道任何显示迟滞的电池的实际电池性能及其稳定性。对于显示迟滞的器件，MPP的稳定功率输出应作为实际性能进行测量。[1] Control of I–V Hysteresis in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cell[2] Dynamic interface charge governing the current–voltage hysteresis in perovskite solar cells[3] Understanding the rate-dependent J-V hysteresis, slow time component, and aging in CH3NH3PbI3 perovskite solar cells: The role of a compensated electric field
[4] Photo-ferroelectric perovskite interfaces for boosting VOC in efficient perovskite solar cells
[5] Hysteresis Analysis Based on the Ferroelectric Effect in Hybrid Perovskite Solar Cells
[6] Hysteresis-less inverted CH3NH3PbI3 planar perovskite hybrid solar cells with 18.1% power conversion efficiency
[7] Modeling Anomalous Hysteresis in Perovskite Solar Cells
