- 客户文献 -

引言

由于钙钛矿优异的光伏性能，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的认证效率达到了25.5%。但大部分钙钛矿材料，尤其是MAPbI₃，对氧气、水分、热和光敏感。环境因素引起的稳定性差成为PSCs商业化的主要障碍。此外，钙钛矿的界面、晶界和体相内部还存在各种缺陷，不仅会导致陷阱辅助的非辐射复合，也会严重影响电池的效率和长期的稳定性。为了解决以上问题，研究者探索了大量的钝化技术。其中，将添加剂引入钙钛矿前驱体是一种钝化晶界或表面缺陷的有效手段。离子液体一般由大的有机阳离子和各种有机或无机阴离子组成，显示出可调的理化性质。归功于离子液体的高离子电导率、非挥发性以及优异的热和化学稳定性，离子液体在PSCs的界面改性、结构钝化、促进电荷传输和提高稳定性方面吸引了许多关注。然而，一些离子液体与钙钛矿之间的化学相互作用尚不清楚，有待进一步研究。

鉴于此，上海交通大学赵一新团队将1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐（EMIMTFA）引入MAPbI₃钙钛矿。研究结果显示EMIM⁺分布在钙钛矿的顶部和体相，并积聚在掩埋界面处；而TFA⁻主要位于钙钛矿/电子传输层的底部界面。这种多级分布成功地钝化了钙钛矿缺陷并促进了载流子传输。研究发现EMIM⁺可以与PbI₂相互作用形成1D钙钛矿EMIMPbI₃。该1D钙钛矿具有高稳定性，可以有效提高MAPbI₃钙钛矿的光电性能和长期稳定性。EMIMTFA的引入还可以诱导钙钛矿晶体在垂直于基底的方向上生长。最佳器件实现了22.14%的高效率，并展现出明显改善的长期稳定性。

图文简介

Figure 1. a) Powder and calculated XRD patterns of the EMIMPbI₃ single crystals; inset: the picture of the corresponding single crystals. b) The structural arrangements of EMIMPbI₃ perovskite along different directions. c) Powder XRD patterns of fresh and soaked EMIMPbI₃ single crystals for 5 h in ultrapure water. d,e) GIWAXS data of perovskite films with and without EMIMTFA additive.

要点1：EMIMPbI₃钙钛矿具有一维链结构，该单晶具有良好的湿稳定性；EMIMTFA添加剂引入MAPbI₃前驱体后可以诱导钙钛矿晶体在垂直于基底的方向上生长。

Figure 2. a) SEM images, b,c) the HRTEM images of control sample and W/EMIMTFA perovskite with 0.5 mol% EMIMTFA additive, d) The 3D maps of W/EMIMTFA perovskite film showing the distribution of the EMIM⁺ and F⁻ signals through the perovskite as obtained from ToF-SIMS analysis. e,f) ToF-SIMS depth profiles of W/EMIMTFA perovskite film containing 0.5 mol% EMIMTFA on Si substrate measured in positive and negative modes, respectively.

要点2： MIMTFA钝化后钙钛矿的晶粒尺寸显著增大，表面粗糙度明显降低；0.887 nm的晶格条纹间距与1D 钙钛矿EMIMPbI₃的 (200) 晶面十分吻合；EMIM⁺分布在整个钙钛矿体相并在底部界面处积累，实现了在钙钛矿的整体空间分布。而来自于TFA^-的F^-主要是聚集在钙钛矿薄膜的底部界面。EMIM⁺在钝化钙钛矿薄膜内实现了多级分布。

Figure 3. a) TRPL decay curves of perovskite films deposited on glass (measured from the side with perovskite ), b) TPV, c) current−voltage curves under dark condition,  and d) current−voltage curves for the electron-only devices of control and W/EMIMTFA perovskite from SCLC measurements. e) EL spectra of control and W/EMIMTFA-d devices under 1.5 V. f) EQEEL curves of control and W/EMIMTFA-d devices. The inset shows a photograph of the luminescence from W/EMIMTFA-d device.

要点3：EMIMTFA钝化的钙钛矿薄膜明显降低了不理想的载流子复合，减少了陷阱辅助的非辐射性复合，降低了缺陷密度。结果证实了EMIMTFA的有效钝化作用。

Figure 4. a) Schematic of the perovskite solar cell. b) Cross-sectional SEM image of the full device made from MAPbI₃ with 0.5 mol% EMIMTFA. c) Current density−voltage curves of the best-performing devices under simulated AM 1.5 G illumination of 100 mW cm⁻² measured in forward and reverse scan. d) The stable output of the champion devices at the maximum power point. e) The EQE spectra and integrated J_sc curves for control and W/EMIMTFA-d PSCs. f) Long-term light illumination stability of normalized PCE of the control and W/EMIMTFA-d PSCs under 1 sun in N₂ glove box.

要点4：在垂直于基底的方向上，EMIMTFA钝化的钙钛矿显示出明显更大的晶粒尺寸；基于钝化钙钛矿的器件具有更高的光伏性能，更小的迟滞效应和更出色的稳定性。