離子液體用于鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)晶度調(diào)控和缺陷鈍化

2024-08-28 10:20:03 sh默尼 86

經(jīng)過近十年的發(fā)展，鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提升到如今的26%以上。即便如此，距離Shockley-Queisser極限仍有一定距離。阻礙其發(fā)展的重要因素之一便是晶界缺陷這一老大難。為了解決這一問題，研究者探索出界面工程、溶劑工程和添加劑工程等策略。盡管如此，人們的研究常常聚焦于單一類具有不同官能團的分子添加劑上，這種添加劑的可調(diào)性十分有限。

離子液體具有高載流子遷移率、低毒性、化學可設計性和穩(wěn)定性等特性，在添加劑領域備受關注。離子液體不僅可以誘導中間相的產(chǎn)生、控制鈣鈦礦晶粒的生長，也可以鈍化不協(xié)調(diào)的Pb²⁺和碘空位缺陷。聚合物能夠控制鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程并提升其穩(wěn)定性，也有望作為有前景的添加劑。具體而言，聚合物可以作為生長模板和阻燃劑，有效地影響鈣鈦礦晶體的成核、減緩鈣鈦礦晶體的生長，從而獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，并顯著增強了晶粒尺寸。故而，研究者渴望采用離子液體與聚合物共同設計制備雙組分添加劑，以期取代傳統(tǒng)的添加劑。但受限于離子液體與聚合物之間較差的界面相容性，這種策略的施行極具挑戰(zhàn)。

基于此，哈爾濱工業(yè)大學的李欣及其研究團隊選用甲基丙烯酸甲酯聚合物與1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIMPF₆)作為添加劑，采用乳液微球法合成了一種離子液體凝膠微球(ILG-微球)，并將其作為多功能雙組分添加劑，利用該添加劑可以實現(xiàn)對鈣鈦礦晶體質(zhì)量和晶界鈍化的同時控制。

將ILG-微球添加到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液并制得鈣鈦礦薄膜后，鈣鈦礦薄膜的微觀形貌經(jīng)SEM圖像加以呈現(xiàn)。得到的薄膜致密無孔，尺寸分布在約700 nm和1200 nm處。GIWAXS圖顯示，加入添加劑后的薄膜(001)面的顯著增加，表明ILG-微球可以改善鈣鈦礦薄膜的晶體質(zhì)量。這項工作利用ILG-微球作為多功能雙組分添加劑，成功實現(xiàn)了對PSCs的高性能、高穩(wěn)定性向優(yōu)化，為實現(xiàn)高性能PSCs提供了有效的策略。