胡汉林课题组在Advanced Energy Materials发表最新研究进展：探究离子液体诱导一维钙钛矿结构及基于1D/3D异质结结构的光伏器件

近期，我院胡汉林副教授课题组联合武汉理工大学朱泉峣教授、澳门大学邢贵川教授、上海同步辐射光源中心杨春明研究员在钙钛矿太阳能电池领域发表重要研究进展，相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials (先进能源材料)》(IF=27.8)期刊上，第一作者为霍夫曼先进材料研究院和武汉理工大学联合培养博士研究生王非。霍夫曼先进材料研究院周康博士为共同第一作者

DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202400021

协同利用一维(1D)钙钛矿改性三维(3D)钙钛矿是一种被广泛研究用于制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的有效策略，但对于一维钙钛矿本征结构性能及相应一维/三维(1D/3D)异质结构型性能差异的研究有所欠缺。本研究在3D钙钛矿表面引入4种具有不同阳离子构型的离子液体(ILs)诱导形成1D/3D异质结，并对分别合成制备的单晶解析得到相应晶体数据，结合密度泛函理论(DFT)模拟计算结果评估了4种1D/3D异质结的形成能差异并对3D钙钛矿中常见缺陷铅空位(V_Pb)及碘空位(V_I)的钝化作用进行比较。此外，本研究采取时间分辨的掠入射广角X射线散射技术实时原位追踪了离子液体在3D钙钛矿表面沉积过程的相变及1D/3D异质结的形成，并通过配备了开尔文探针的原子力显微镜揭示了1D钙钛矿对表面微观形貌的优化和对功函数的调控。经过精心设计和优化的1D/3D异质结结构显著减少了过量碘化铅相(PbI₂)的残留，优化表面形貌,钝化表面缺陷及调控功函数，实现了对载流子的非辐射复合的有效抑制以及对电荷提取和传输的增强。基于最优1D/3D异质结制备的钙钛矿太阳能电池表现出24.75%的优异能量转换效率(PCE)，同时兼具良好的长期稳定性。

这项研究概述了使用四种结构相似的离子液体在3D钙钛矿上合成4种不同的1D钙钛矿覆盖层并深入研究了这些1D钙钛矿覆盖层对增强器件的光伏性能和稳定性的具体影响。精心选择的离子液体DMIMBF₄诱导在3D钙钛矿表面形成具有更高电子云密度的1D钙钛矿并具备与3D钙钛矿之间的最短键长（Pb-I），表明在1D/3D界面中增强了电子转移和更强的结合能。所形成的1D钙钛矿覆盖层有效地减少了3D钙钛矿表面上的残余PbI₂，并显著减少了非辐射复合。使用1D/3D异质结混合膜制备的钙钛矿太阳能电池器件实现了24.75%的效率。同时，受益于抑制1D钙钛矿覆盖层对离子迁移和缺陷钝化的影响，优化的1D/3D器件表现出优异的性能稳定性。这项研究为探索1D钙钛矿在提高钙钛矿太阳能电池性能和稳定性方面的应用提供了新的见解和机遇。

全文DOI链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202400021