实现卤化物钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性仍然是其商业化道路上的核心瓶颈。为了改善这一问题，美国普渡大学化工系（现埃默里大学化学系）的窦乐添教授组合成一系列含乙二醇醚侧链的离子液体，通过将这些设计的离子液体加入到钙钛矿中调控钙钛矿晶体生长并稳定埋界面，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。相关成果“Ionic liquids improve the long-term stability of perovskite solar cells”发表在2025年12月1日的Nature Energy期刊上。论文通讯作者是窦乐添教授，第一作者是徐文战博士和邵文豪博士。
尽管单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已突破 27%，其商业化进程仍受限于长期运行稳定性的瓶颈。因此，研究焦点正逐渐从单纯的效率提升转向运行稳定性的根本改善。然而，即便在隔绝水与氧等外界应力的条件下，钙钛矿太阳能电池的寿命仍显著短于硅基器件。为此，研究者们提出了成分工程、结晶调控、界面修饰以及先进封装等多种策略，但目前报道的稳定性仍远未达到国际电工委员会对商业化电池约 25 年使用寿命的要求。
研究组设计并开发了一系列含乙二醇醚侧链的离子液体，以协同提升钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性。得益于乙二醇醚与未配位 Pb(II) 的强络合作用，所设计的离子液体能够促进晶粒增大、降低缺陷密度，从而获得高质量钙钛矿薄膜。此外，该离子液体优先富集于钙钛矿底部，在钙钛矿与 NiOx/SAM 之间形成稳定的“桥接”作用，有效钝化埋界面并抑制碘化铅聚集及空隙生成。将该离子液体引入前驱体体系显著提升了器件的光电转换效率和长期运行稳定性。
图1：离子液体在钙钛矿中的分布。
图 2：离子液体对钙钛矿埋界面的影响。
图3：离子液体调控的钙钛矿结晶过程。
图4 ：钙钛矿薄膜与器件的稳定性。
定制化设计的含乙二醇醚侧链的离子液体不仅能够精确调控钙钛矿晶体生长，还能有效稳定埋界面。该离子液体优先富集于钙钛矿底部，可显著抑制碘化铅的聚集及空隙的形成。此类分子设计策略为后续离子液体的开发提供了重要参考平台，而由此带来的钙钛矿稳定性提升也进一步推动了其向商业化应用迈进。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01906-6
