离子液体用于钙钛矿太阳能电池的结晶度调控和缺陷钝化

2024-08-28 10:20:03 sh默尼 11

经过近十年的发展,钙钛矿电池的光电转换效率已经提升到如今的26%以上。即便如此,距离Shockley-Queisser极限仍有一定距离。阻碍其发展的重要因素之一便是晶界缺陷这一老大难。为了解决这一问题,研究者探索出界面工程、溶剂工程和添加剂工程等策略。尽管如此,人们的研究常常聚焦于单一类具有不同官能团的分子添加剂上,这种添加剂的可调性十分有限。


离子液体具有高载流子迁移率、低毒性、化学可设计性和稳定性等特性,在添加剂领域备受关注。离子液体不仅可以诱导中间相的产生、控制钙钛矿晶粒的生长,也可以钝化不协调的Pb2+和碘空位缺陷。聚合物能够控制钙钛矿薄膜结晶过程并提升其稳定性,也有望作为有前景的添加剂。具体而言,聚合物可以作为生长模板和阻燃剂,有效地影响钙钛矿晶体的成核、减缓钙钛矿晶体的生长,从而获得高质量的钙钛矿薄膜,并显著增强了晶粒尺寸。故而,研究者渴望采用离子液体与聚合物共同设计制备双组分添加剂,以期取代传统的添加剂。但受限于离子液体与聚合物之间较差的界面相容性,这种策略的施行极具挑战。

基于此,哈尔滨工业大学李欣及其研究团队选用甲基丙烯酸甲酯聚合物与1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF6)作为添加剂,采用乳液微球法合成了一种离子液体凝胶微球(ILG-微球),并将其作为多功能双组分添加剂,利用该添加剂可以实现对钙钛矿晶体质量和晶界钝化的同时控制。

ILG-微球添加到钙钛矿前驱体溶液并制得钙钛矿薄膜后,钙钛矿薄膜的微观形貌经SEM图像加以呈现。得到的薄膜致密无孔,尺寸分布在约700 nm1200 nm处。GIWAXS图显示,加入添加剂后的薄膜(001)面的显著增加,表明ILG-微球可以改善钙钛矿薄膜的晶体质量。这项工作利用ILG-微球作为多功能双组分添加剂,成功实现了对PSCs的高性能、高稳定性向优化,为实现高性能PSCs提供了有效的策略。

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