竇樂添Nat Energy：鎖鉛”又“固底”：離子液體MEM-MIM-Cl實現鈣鈦礦電池高效率與高穩定

實現鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的操作穩定性是其商業化面臨的關鍵挑戰。離子液體（ILs）是一類極具潛體的體相改性劑，但其在鈣鈦礦結晶過程中的作用機制尚不明確。

本研究普渡大學竇樂添等人設計了一種帶有乙二醇醚側鏈的離子液體——甲氧乙氧甲基-1-甲基咪唑氯化物（MEM-MIM-Cl），通過與NiO?的協同作用調控鈣鈦礦生長并穩定埋底界面。MEM-MIM-Cl通過與欠配位Pb(II)發生螯合作用，誘導形成新型中間相，從而抑制缺陷及缺陷誘導的降解。引入MEM-MIM-Cl的太陽能電池實現了25.9%的光電轉換效率，并在90°C熱應力與持續1倍太陽光照射下1500小時后仍保持90%的初始性能——該穩定性在更嚴苛的老化條件下超越了先前報道的基準。

此外，晝夜循環老化測試表明器件具有前所未有的抗疲勞性能，突顯了MEM-MIM-Cl在同步提升效率與操作穩健性方面的雙重作用。本工作闡明了功能性離子液體的設計原則，推動鈣鈦礦光伏向工業化應用邁進。

研究亮點：

1. 新型離子液體分子設計：設計合成帶乙二醇醚側鏈的MEM-MIM-Cl，其側鏈可通過螯合作用與欠配位Pb(II)形成中間相，調控鈣鈦礦結晶、抑制缺陷并提升薄膜質量。

2. 界面穩定與選擇性分布：離子液體在鈣鈦礦層底部界面（與NiO?/SAM之間）選擇性富集，增強界面穩定性，減少PbI?聚集與孔洞形成，顯著提升埋底界面質量。

3. 極端條件下創紀錄穩定性：器件在90°C高溫+持續1倍太陽光照射的極端老化條件下，T90壽命超過1500小時，且展現出優異的抗濕性與抗疲勞性能，為工業化穩定性樹立新標桿。

Xu, W., Shao, W., Tang, Y. et al. Ionic liquids improve the long-term stability of perovskite solar cells. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01906-6

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