離子液體界面修飾的高效穩(wěn)定FAPbI3 鈣鈦礦太陽能電池

摘要：碘鉛甲瞇（FAPbI3）鈣鈦礦太陽能電池因其優(yōu)異的光伏性能而受到廣泛關注，但器件的長期穩(wěn)定性仍然是FAPbI3太陽能電池的關鍵問題。FAPbI3黑色鈣鈦礦相在室溫下會相變?yōu)辄S色非鈣鈦礦相，且水分會加速這一相變。界面工程是提高鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的常用方法之一。作為綠色溶劑，離子液體被認為是有毒界面修飾劑的潛在替代品，這也提高了它們的商業(yè)可行性，并加速了它們在可再生能源市場的應用。本研究利用具有低揮發(fā)性、低毒性、高導電性和高熱穩(wěn)定性的離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM[BF4]）來修飾鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面。離子液體的引入不僅減少了界面缺陷，而且提高了鈣鈦礦薄膜的質量。密度泛函理論計算表明，離子液體與鈣鈦礦表面之間存在較強的界面相互作用，有利于降低鈣鈦礦表面缺陷態(tài)密度，穩(wěn)定鈣鈦礦晶格。除鈣鈦礦薄膜缺陷外，溶液處理的SnO2也存在表面缺陷。在SnO2表面的缺陷產(chǎn)生缺陷態(tài)，也會導致能帶對準問題和穩(wěn)定性問題。密度泛函理論計算表明，有離子液體的表面間隙態(tài)比沒有離子液體的表面間隙態(tài)小，這種減弱的表面間隙態(tài)表明表面區(qū)域載流子復合減少，有利于提高器件性能。因此，我們實現(xiàn)了功率轉換效率大于22%的離子液體修飾的FAPbI3鈣鈦礦太陽能電池（對照21%）。在相對濕度～20%的干箱中存放1800 h以上后，冠軍器件保留了初始狀態(tài)的～90%，而控制器件降解為非鈣鈦礦黃色六方相（δ-FAPbI3）。

關鍵詞：FAPbI3；相穩(wěn)定性；SnO2；鈣鈦礦太陽能電池；離子液體；界面工程

中圖分類號：O649.4