离子液体界面修饰的高效稳定FAPbI₃钙钛矿太阳能电池

摘要

碘铅甲眯（FAPbI₃）钙钛矿太阳能电池因其优异的光伏性能而受到广泛关注，但器件的长期稳定性仍然是FAPbI₃太阳能电池的关键问题。FAPbI₃黑色钙钛矿相在室温下会相变为黄色非钙钛矿相，且水分会加速这一相变。界面工程是提高钙钛矿太阳能电池稳定性的常用方法之一。作为绿色溶剂，离子液体被认为是有毒界面修饰剂的潜在替代品，这也提高了它们的商业可行性，并加速了它们在可再生能源市场的应用。本研究利用具有低挥发性、低毒性、高导电性和高热稳定性的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM[BF₄]）来修饰钙钛矿太阳能电池的电子传输层和钙钛矿层之间的界面。离子液体的引入不仅减少了界面缺陷，而且提高了钙钛矿薄膜的质量。密度泛函理论计算表明，离子液体与钙钛矿表面之间存在较强的界面相互作用，有利于降低钙钛矿表面缺陷态密度，稳定钙钛矿晶格。除钙钛矿薄膜缺陷外，溶液处理的SnO₂也存在表面缺陷。在SnO₂表面的缺陷产生缺陷态，也会导致能带对准问题和稳定性问题。密度泛函理论计算表明，有离子液体的表面间隙态比没有离子液体的表面间隙态小，这种减弱的表面间隙态表明表面区域载流子复合减少，有利于提高器件性能。因此，我们实现了功率转换效率大于22%的离子液体修饰的FAPbI₃钙钛矿太阳能电池（对照21%）。在相对湿度～20%的干箱中存放1800h以上后，冠军器件保留了初始状态的～90%，而控制器件降解为非钙钛矿黄色六方相（δ-FAPbI₃）。

关键词

FAPbI₃ / 相稳定性 / SnO₂ / 钙钛矿太阳能电池 / 离子液体 / 界面工程