《科學(xué)通報(bào)》2025年第22期發(fā)表了南京工業(yè)大學(xué)陳永華團(tuán)隊(duì)題為“離子液體介導(dǎo)的鈣鈦礦光伏電池”的綜述文章，深入探索了離子液體（ILs）在PSCs中的應(yīng)用。

在新能源領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）以其卓越的光電性能、低廉的制造成本以及溶液處理的兼容性，被視為未來(lái)商業(yè)化最有前景的下一代光伏技術(shù)之一。然而，傳統(tǒng)制備方法中使用的有機(jī)溶劑存在諸多問(wèn)題，如毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)、繁瑣的反溶劑工程以及難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了PSCs的商業(yè)化進(jìn)程。

離子液體是一類(lèi)在室溫下呈液態(tài)的熔鹽，具有熔點(diǎn)低、蒸汽壓小、酸度可調(diào)、溶解度高、載流子遷移率高、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和環(huán)境友好性等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。這些特性使得ILs在化學(xué)合成、電化學(xué)、分離技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力，尤其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，ILs更是備受關(guān)注。

本文系統(tǒng)總結(jié)了離子液體作為溶劑的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注ILs在PSCs制備中的關(guān)鍵功能，并提出了一系列優(yōu)化和增強(qiáng)ILs在PSCs中應(yīng)用的策略，包括界面工程、溶劑工程和添加劑工程。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用離子液體MAAc作為溶劑，能夠在環(huán)境空氣中無(wú)需反溶劑處理，通過(guò)一步法制備出高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。MAAc作為一種多功能溶劑，能夠制備包括有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦、全無(wú)機(jī)鈣鈦礦、錫基鈣鈦礦以及二維層狀鈣鈦礦在內(nèi)的多種鈣鈦礦類(lèi)型，且這些鈣鈦礦均展現(xiàn)出優(yōu)異的光伏性能。

更令人振奮的是，基于ILs的PSCs在穩(wěn)定性方面也取得了重大突破。殘留的ILs能夠原位錨定鈣鈦礦八面體和未配位的Pb2+，通過(guò)Pb?O配位作用抑制Pb2+的遷移，并利用N-H?I氫鍵抑制I-的遷移，從而減少鈣鈦礦材料的內(nèi)部缺陷，顯著提高器件的穩(wěn)定性。經(jīng)ILs處理的器件，在連續(xù)光照超過(guò)5200小時(shí)后，仍能保持80%的初始性能，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來(lái)能源技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。

此外，本文還揭示了ILs實(shí)現(xiàn)高性能PSCs的機(jī)制。ILs通過(guò)其“三重功能”——作為溶劑、添加劑和鈍化劑，實(shí)現(xiàn)了PSCs的高效性和長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。首先，ILs通過(guò)雜化陰離子和陽(yáng)離子與溶質(zhì)之間的相互作用，展現(xiàn)出高溶解度；其次，ILs能夠有效控制鈣鈦礦結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，從而制備出具有高取向性和高結(jié)晶度的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜；第三，殘留的ILs可以通過(guò)與鈣鈦礦原位相互作用來(lái)鈍化晶界或表面。

盡管ILs在PSCs中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但其在光伏應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)仍處于初級(jí)階段。為了進(jìn)一步挖掘ILs的潛力，科研團(tuán)隊(duì)提出了未來(lái)的發(fā)展方向和可能的研究方向。例如，利用ILs的陰離子和陽(yáng)離子的混合結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變陰離子或陽(yáng)離子來(lái)調(diào)整其性質(zhì)和功能，全面控制鈣鈦礦的制備過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高性能PSCs；設(shè)計(jì)和合成具有還原性陽(yáng)離子或陰離子的ILs溶劑，以制備錫基或錫-鉛混合PSCs，避免引入額外的還原劑，并解決錫基鈣鈦礦容易降解的問(wèn)題；設(shè)計(jì)ILs的陰離子或陽(yáng)離子為具有電荷傳輸功能的共軛結(jié)構(gòu)，為無(wú)需電荷傳輸層的高效穩(wěn)定鈣鈦礦器件的制備提供新的可能性；利用ILs較大的粘度調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)液體的流體力學(xué)特性，以適應(yīng)大面積模組制備。

隨著更多功能性ILs的合成和應(yīng)用，鈣鈦礦光伏技術(shù)將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，基于ILs的PSCs將在鈣鈦礦光伏技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這些創(chuàng)新性的研究成果，不僅為PSCs的商業(yè)化進(jìn)程提供了新的視角和方法，更為新能源領(lǐng)域的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動(dòng)力。

文章信息

楊宛, 顧子涵, 晁凌鋒, 等. 離子液體介導(dǎo)的鈣鈦礦光伏電池. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70(22): 3723-3736

doi: 10.1360/TB-2024-1310

轉(zhuǎn)載、投稿請(qǐng)留言

| 關(guān)注科學(xué)通報(bào) | 了解科學(xué)前沿