南科大徐保民/丘龙斌/章勇最新EES: 26.18% 离子液体实现界面均匀性和体相结晶

催化进展 · 公众号 · · 2025-03-18 15:50

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第一作者： Xiaowei Xua 、 Sibo Li

通讯作者： Aung Ko Ko Kyaw 、徐保民、丘龙斌、章勇

通讯单位：广东大学、南方科技大学

研究背景与内容

尽管使用自组装单层（ SAMs ）的倒置钙钛矿太阳能电池的效率有所提高，但由于底部界面和大块钙钛矿内部的问题，效率和稳定性方面的挑战仍然存在。底部界面的 SAM 容易被上覆的钙钛矿溶剂冲走，导致界面不均匀，影响非辐射复合。

在本研究中，作者引入离子液体（ ILs ）作为 SAM 的保护层，稳定其均匀性，同时钝化底部钙钛矿界面并匹配界面能级。

研究要点

要点 1. 本文展示了一种利用离子液体来提高钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的体积界面协同策略。 Bu(MIm) ₂ Br ₂ 作为 SAM 与钙钛矿膜之间的界面改性剂，不仅起到了保护盖层的作用，保证了 SAM 的均匀分布，减轻了界面的复合。测试结果显示 PSCs 在 60 ± 5% RH 的空气中老化 1200 小时，在 65 ° C 的连续光应力下老化 1100 小时后， PCE 分别达到 26.18% ，保持了超过 93% 和 80% 的初始 PCE 。

要点 2 . 作者将离子液体四甲基胍四氟硼酸盐（ TMGBF ₄ ）加入到钙钛矿前驱体溶液中，以调节钙钛矿的结晶。 TMGBF ₄ 同时具有吸电子和给电子的特性，通过配位和离子键对非配位 Pb ²⁺ 和卤化物空位进行化学钝化。这种钝化降低了陷阱缺陷密度， TMGBF4 的掺入减缓了钙钛矿薄膜的成核和晶体生长，提高了钙钛矿膜的长期稳定性。

图 1 ： (a) DMF 溶剂冲洗有或没有 Bu@ 保护层的 ITO/NiO _x 与 SAM 的互连示意图。（ b-c ） NiO _x /4PADCB 和 NiO _x /4PADCB/Bu@ 表面电位的 KPFM 图像。 (d) O1s 核心能级的 XPS 光谱得到的吸附 -OH 基团与晶格 -O 原子对应的峰面积比。（ e-f ）底部的 PL 映射和 (f) 上部对照和 Bu@-based 膜的 TRPL 光谱。

图 3 ： (a) 参考条件和目标条件下性能最佳装置的 J-V 曲线。 PSCs 的详细参数如下图所示。 (b) 75 个设备的 PCE 分布直方图。 (c) 最大功率点的稳态光电流和输出 PCE 。 (d) VOC 与相应器件光强的关系。 (e) 不同电压下带 TMGBF4 和不带 TMGBF4 在发光二极管（ LED ）模式下工作的 PSCs 的 EQE _EL 值。 (f) 参考能量损失和 3% TMGBF4 处理装置。 (g) 由导纳谱导出的特征跃迁频率的阿伦尼乌斯图。 (h) tDOS 光谱和 (i) 相应器件的 FF Schockley-Queisser （ SQ ）极限。

参考文献： Xiaowei Xu , Sibo Li , Chengwei Shan. et al. Unraveling the interfacial homogeneity and bulk crystallization for efficient and stable perovskite solar cells via ionic liquids. Energy&Environmental Science . (202 5 ).

文献链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d4ee05135a

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