Solar RRL:含氟离子液体添加剂助力高效稳定的钙钛矿太阳能电池

单结钙钛矿型太阳能电池(PSCs)在新型光伏领域中引起了广泛关注,过去十余年其光电转换效率经历了前所未有的快速增长,从3.8%增长到25.5%。鉴于其出色的光伏性能,与传统的无机化合物(硅,碲化镉等)相比,PSCs被视为下一代高性能太阳能电池的有力竞争者,不仅有着可溶液加工的特性,能够显著降低工艺成本,并且易于制备柔性器件,还包括了在航天器中的使用可能性。尽管过去几年中,PSCs的性能取得了令人瞩目的进步,但多晶有机卤化物钙钛矿(OHPs)薄膜中的有机成分,如甲胺(MA)、甲脒(FA)等,通常会在热退火过程和/或在光照下易挥发,例如:OHPs薄膜中MA+空位的形成会造成高密度的点缺陷,从而导致带隙内浅陷阱态的单价阳离子空位,这些空位缺陷会充当电荷复合中心,从而限制PSCs的光伏性能及稳定性。另一方面,它们也被认为是OHPs薄膜降解的主要原因。因此,OHPs薄膜中有机成分的不稳定性问题仍然是PSCs实现商业化发展的限制因素之一。

针对这一科学问题,西北工业大学黄维院士团队宋霖教授与南京工业大学陈永华教授开发了一种离子液体添加剂二氟乙酸甲胺(MA+DFA)并掺入到钙钛矿前驱体中。首先,MA+DFA中的含氟阴离子F2CHCOO,与OHPs中的MA/FA离子键合来固定有机阳离子;其次,F2CHCOO增强了前驱体中的Pb-O键的相互作用,稳定了前驱体溶液,有效提高了基于此的太阳能电池性能及稳定性。该研究对于设计功能离子液体添加剂以及对于PSCs的性能及稳定性增强具有重要意义。

相关研究工作以“Efficient and Stable Perovskite Solar Cells by Fluorinated Ionic Liquid Induced Component Interaction”为题发表在Solar RRL上(DOI: 10.1002/solr.202000582)。西北工业大学柔性电子研究院博士后王越为本文第一作者,宋霖教授、陈永华教授以及黄维院士为本文的通讯作者。该项研究工作得到陕西省自然科学基础研究计划、陕西省科学技术厅与西北工业大学联合研究基金、中国青年千人计划、国家自然科学基金以及中央高校基本科研业务费共同资助。