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離子液體用于鈣鈦礦太陽能電池的結晶度調控和缺陷鈍化

2024-08-28 10:20:03 sh默尼 23

經過近十年的發(fā)展,鈣鈦礦電池的光電轉換效率已經提升到如今的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生、控制鈣鈦礦晶粒的生長,也可以鈍化不協(xié)調的Pb2+和碘空位缺陷。聚合物能夠控制鈣鈦礦薄膜結晶過程并提升其穩(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)對鈣鈦礦晶體質量和晶界鈍化的同時控制。

ILG-微球添加到鈣鈦礦前驅體溶液并制得鈣鈦礦薄膜后,鈣鈦礦薄膜的微觀形貌經SEM圖像加以呈現(xiàn)。得到的薄膜致密無孔,尺寸分布在約700 nm1200 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。

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