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• 随着人们对能源的需求日益增加，煤和化石燃料等传统能源的储量又是有限的，进而寻求可替代的新能源已迫在眉睫。太阳能作为一种可再生、易取用的新能源，进入了人们的视野。从这个角度来看，基于光电效应，发展太阳能电池将成为太阳能转化为电能的最佳方案之一。

  2009年，Miyasaka等^[1]将钙钛矿用作染料敏化太阳能电池的敏化剂，并使用CH₃NH₃PbBr₃获得了3.2%、使用CH₃NH₃PbI₃获得了3.8%的光电转换效率。随后，Park等^[2]利用CH₃NH₃PbI₃钙钛矿作为量子点敏化太阳能电池的敏化剂，展现出比N719标准染料敏化剂更好的光学性能，并获得了6.5%的光电转换效率。为了避免在染料敏化太阳能电池中液体电解质对钙钛矿的腐蚀，Kim等^[3]发明了固态电解质2, 2′, 7, 7′-四溴-9, 9′-螺二、三(4-碘苯)胺(spiro-MeOTAD)作为空穴传输层，成功实现了一步溶液法制备固体电解质钙钛矿太阳能电池，并获得了9.7%的持久光电转换效率。目前为止，有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池已经取得了21.6%的光电转换效率^[4]。此外，与现有的激子光伏设备如染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池相比，有机无机杂化钙钛矿可以通过简单的方法合成并利用，因此展现出良好的发展前景。

  邵志鹏等^[5]研究了不同形貌钙钛矿活性层对电池性能的影响，发现CH₃NH₃PbI₃颗粒过大会引起CH₃NH₃PbI₃薄膜产生孔洞，造成电池的开路电压下降。朱立峰等^[6]发现TiO₂层的厚度影响钙钛矿的形貌，进而影响器件性能。离子液体作为新一代功能电解质材料在不同电池体系中的应用成为当前研究热点。已有学者^[7-8]将离子液体用于锂电池的电解质，发现离子液体具有更宽的电化学窗口和更高的电导率。此外，Balducci等^[9-10]将离子液体作为电解质应用于活性炭混合电容器中，发现离子液体作为电解质的电容器具有更高的比能量和比功率。Padilha等^[11]指出通过离子液体与膜电极联用，将质子交换膜燃料电池的发电效率从40%提高到了61%。Schmidt等^[12]就离子液体对质子交换膜燃料电池的隔膜改性做出了研究，结果表明，离子液体起到很好的增塑作用，同时保持了体系的良好热稳定性，这主要由于离子液体的阳离子部分取代了Nafion膜磺酸基中的质子。离子液体的合成大体上分为直接合成法和间接合成法两种^[13]，本文使用直接合成法制备了1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(HMITFSI)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓二(氟甲磺酰基)亚胺盐(EMIFSI)3种离子液体，研究了3种离子液体对钙钛矿晶体形貌以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。

  1   实验部分

  1.1   试剂和仪器

  四氯化钛(≥99.99%)、浓盐酸(≥37%)、二氯甲烷(分析纯)、乙醇(色谱纯)、乙醚(分析纯)均购自北京化工厂，TiO₂浆料(30NR-D，美国Deysol公司)，碘化铅(≥99.9985%，阿法埃莎化学有限公司)，甲胺碘(≥99%)、spiro-OMeTAD(色谱纯)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI，≥99%)、4-叔丁基吡啶(TBP，≥96%)均购自西安宝莱特光电科技有限公司，二甲基亚砜(DMSO，分析纯)、乙腈(分析纯)、氯苯(分析纯)，均购自天津富宇精细化工有限公司，钴基(Ⅲ)双三氟甲烷磺酰亚胺盐(FK209 Co(Ⅲ)TFSI salt，≥96%, 西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司)、高纯金(99.999%，北京研诺信诚科技有限公司)、1(己基(3(甲基咪唑溴盐(EMIMBr, ≥98%)、1-己基-3-甲基咪唑溴盐(HMIMBr, ≥98%)、氯化-1-甲基-3-乙基咪唑(EMICl，≥98%)、双氟磺酰亚胺钾盐(KFSI，≥99%)均购自上海晶纯生化科技股份有限公司，掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃(FTO，15 Ω/sq，中西泰安技术服务有限公司)。

  ROLLER 6型滚轴混匀器(艾卡仪器设备有限公司)；ROLLER 10型磁力搅拌器(艾卡仪器设备有限公司)；WS-650Mz-23NPPB型匀胶机(武汉迈可诺科技有限公司)；PR5 3T型钛板高温加热台(武汉提沃克科技有限公司)；ULTRA-55型扫描电子显微镜(SEM, 卡尔·蔡司股份有限公司)；Bruker D8 Advance型X射线衍射仪(XRD, 德国布鲁克公司)；CH650C型电化学工作站(上海辰华仪器公司)；U-3900H型紫外分光光度计(UV-Vis, 日本岛津公司)；LifeSpec Ⅱ型荧光寿命光谱仪(北京金先锋光电科技有限公司)；94043A型标准光源(美国Newport公司)；SD400B型蒸镀仪(沈阳市四达真空技术研究所)。

  1.2   离子液体的制备

  1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)的合成  称取12 g的1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EMIMBr)和19 g双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)，分别用超纯水溶解后混合搅拌3 h，移至分液漏斗中，待静置分层后，将油性离子液体与水相分离。将油相离子液体收集并用超纯水清洗4~5次，然后置于真空干燥箱中100 ℃下干燥10 h，便得到澄清的油状离子液体EMITFSI。

  1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(HMITFSI)的合成  称取13 g的1-己基-3-甲基咪唑溴盐(HMIMBr)和10 g LiTFSI，分别用超纯水溶解后混合搅拌3 h，移至分液漏斗中，待静置分层后，将油性离子液体与水相分离。将油相离子液体收集并用超纯水清洗4~5次，然后置于真空干燥箱中100 ℃下干燥10 h，便得到澄清的油状离子液体HMITFSI。

  1-乙基-3-甲基咪唑鎓二(氟甲磺酰基)亚胺盐(EMIFSI)的合成  称取15 g的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMICl)，将其溶解于100 mL超纯水中，然后称取23 g双氟磺酰亚胺钾(KFSI)加入之前的溶液中并搅拌3 h，移至分液漏斗中，用二氯甲烷萃取油相并用无水硫酸镁干燥。过滤后置于真空干燥箱中80 ℃下干燥10 h，便得到澄清的油状离子液体EMIFSI^[14]。

  1.3   电池器件的制备

  电池器件的制备包括以下步骤：

  1) FTO导电玻璃的清洗:用无纺布和FTO清洗液清洗FTO透明导电玻璃；用FTO清洗液超声清洗10 min；用超纯水冲洗除去残余FTO清洗液，然后用超纯水超声清洗10 min；用丙酮超声清洗10 min；用无水乙醇超声清洗10 min，然后用干燥空气吹干备用。

  2) TiO₂致密层的加工:取41.6 mL浓盐酸稀释至300 mL，冰浴搅拌，同时逐滴加入共55 mL四氯化钛，冰浴搅拌5~7 h，定容至500 mL制得1 mol/L的TiCl₄溶液，然后低温保存；将FTO玻璃在70 ℃的0.4 mol/L TiCl₄溶液中静置1.5 h，使TiO₂致密层沉积(200±50) nm，然后用去离子水猝冷并用无水乙醇洗涤，干燥空气吹干，于500 ℃下用热风枪加热0.5 h，制备TiO₂致密层冷却备用。

  3) TiO₂介孔层的旋涂加工:将30NR的TiO₂纳米粒子浆料与超干无水乙醇以1:3.5的质量比混合，常温搅拌2~3 h，用旋涂仪旋涂(40 μL，3000 r/min，30 s)在TiO₂致密层上，然后110 ℃加热退火10 min，500 ℃通干燥空气钛板煅烧30 min，制备TiO₂介孔层，衬底制备完成，冷却。将配置好冷藏的1 mol/L的TiCl₄溶液稀释到0.2 mol/L，在90 ℃下对衬底静置水解后处理10 min，然后用去离子水猝冷并用无水乙醇洗涤，干燥空气吹干后，于500 ℃下用热风枪加热0.5 h，冷却备用。

  4) 钙钛矿活性层的加工:取0.5348 g碘化铅(PbI₂)和0.1844 g甲胺碘(MAI)溶解于800 μL DMSO溶液中配制成1.45 mol/L的MAPbI₃/DMSO溶液，在60 ℃下加热搅拌9 h至固体完全溶解，然后用45 μm的滤头过滤，并于60 ℃热旋涂于衬底上(40 μL，1000 r/min，10 s；5000 r/min，30 s，并在剩余20 s时滴加800 μL乙醚进行萃取，以带走多余的DMSO溶剂)，旋涂完成后，于100 ℃下加热退火10 min，至完全转化为钙钛矿晶体，冷却降温。

  5) 离子液处理:将制备好的EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液体均取6 μL，分别溶解在10 mL氯苯中，待溶解完全后，将制备好的钙钛矿晶体浸入其中浸泡处理1 h，注意保持钙钛矿晶体与离子液体的均匀接触。浸泡完成后，小心将钙钛矿晶体取出，氯苯冲洗后用高纯N₂气吹干。

  6) 空穴传输层的加工:取spiro-OMeTAD 72.3 mg，4-叔丁基吡啶28.8 μL，LiTFSI(0.52 mg/L溶于乙腈中)17.5 μL，FK209(0.3 mg/L溶于乙腈中)29 μL，溶于1 mL氯苯中，溶解完全后用45 μm滤头过滤，并旋涂(40 μL，6000 r/min，60 s)于钙钛矿晶体上。

  7) 蒸镀金电极:在以上基础上蒸镀60 nm厚的金电极，在厚度小于5 nm时，0.01 nm/s；厚度为5~20 nm时，0.03 nm/s；厚度大于20 nm时，0.05 nm/s。蒸镀完毕，冷却30 min后取出，钙钛矿太阳能电池制备完毕。(注：步骤4~7均在手套箱中完成)。

  2   结果与讨论

  2.1   钙钛矿薄膜形貌和结构的分析

  影响钙钛矿太阳电池性能的一个重要因素是钙钛矿薄膜的形貌。在器件制备过程中，不连续的钙钛矿薄膜存在针孔，会导致吸光度变差，同时也引起电子传输层和空穴传输层的直接接触，增加漏电路径，破坏钙钛矿电池的性能^[15]。不同方法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜晶体颗粒大小和薄膜形貌差别很大，器件性能也会大有不同^[5]。图 1为钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。从图 1可见，所制备的CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿晶体卤化物呈颗粒状分布。未经处理的钙钛矿晶体分布均匀性差，薄膜晶粒间有团聚现象，钙钛矿层对TiO₂介孔层的覆盖性不好，部分TiO₂层裸露，当空穴传输材料制备到钙钛矿薄膜上时，很可能引起空穴传输层与电子传输层直接接触发生分流，影响钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子^[17]。而经HMITFSI离子液处理后的钙钛矿晶粒分布均匀，CH₃NH₃PbI₃钙钛矿能在TiO₂介孔薄膜表面形成一层致密的帽子层，这层致密结构阻碍了空穴传输层和电子传输层的过多接触，减少了载流子的复合过程，从而使HMITFSI离子液处理后的钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率得到提高。但经EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，从图 1B和1C可看出，钙钛矿晶体的形貌并未得到改善，晶粒团聚问题未得到解决。而且可观察到，钙钛矿薄膜表面有新的缺陷产生，考虑可能是由于离子液交换对钙钛矿薄膜表面的作用过强导致的。对比图 1B和1C发现，EMI阳离子和TFSI阴离子均未能改善钙钛矿的团聚现象；对比图 1B和1D，考虑是因为HMI阳离子中带有的己基长链，其极性恰能改善钙钛矿的团聚现象，使晶体分布更均匀，晶体颗粒尺寸增大，进而散射作用增强直接改善了钙钛矿层的光吸收性能^[18]。

  图1 未经处理(A)、EMITFSI(B)、EMIFSI(C)和HMITFSI(D)离子液体处理的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(SEM)照片 Figure1. Surface SEM images of perovskite films without any treatment(A), and treated with EMITFSI(B), EMIFSI(C) and HMITFSI ionic liquids(D)

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  釆用XRD表征EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理前后FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构中CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的XRD图。从图 2可以看出，CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的主要衍射峰在14.13°、28.43°和38.03°等几个位置，分别与晶面(110)、(220)和(330)一一对应，这与文献[16]中报道的结果吻合，表明本工作利用乙醚萃取一步旋涂法制得的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿纯度是较高的。从XRD图谱可以看出，离子液处理后衍射峰未发生迁移，表明EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI这3种离子液的处理均未改变钙钛矿的结晶结构。HMITFSI离子液处理后XRD图谱中的衍射峰有了明显增强，这表明相比未处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿，HMITFSI离子液处理的钙钛矿晶化程度得到了提高。而EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，XRD衍射峰强度未发生变化，表明EMITFSI和EMIFSI的处理并未对钙钛矿晶体的晶化程度产生明显影响。

  图2 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构上钙钛矿晶体的XRD图 Figure2. X-ray diffraction spectra for perovskite films without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids based on the structure of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃

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  2.2   紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)分析

  紫外-可见光吸收光谱测试是基于FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构基础上的，样品制备完成后封装测试。所得光谱是扣除FTO/TiO₂吸收之后的，所以能准确表示钙钛矿层的光吸收情况。图 3为EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液处理以及未处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的紫外-可见光吸收光谱图。从图 3可以看出，CH₃NH₃PbI₃钙钛矿在400~600 nm范围内的吸光度较强，而在600 nm后，吸光度逐渐减弱。仔细观察更可以发现，在400~600 nm范围内，未经处理的钙钛矿晶体吸光度比HMITFSI离子液处理后的钙钛矿晶体稍强，而在600 nm之后，HMITFSI离子液处理后的钙钛矿晶体吸光度却比未经处理的参比钙钛矿晶体提高了，这与图 7中的光电转化效率(IPCE)数据是一致的。相反，经EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，整体来说钙钛矿晶体的吸光度却比未经处理的参比钙钛矿晶体降低了，与图 7中IPCE积分电流的减少也是一致的。EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液处理前后钙钛矿的紫外-可见光吸收强度的改变，主要是由于钙钛矿在介孔TiO₂薄膜孔隙内的不同渗透程度和钙钛矿形貌的变化引起的。

  图3 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的紫外-可见光吸收光谱图 Figure3. UV-Vis absorption spectra of CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图7 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的比钙钛矿太阳能电池的IPCE Figure7. IPCE for perovskite solar cells without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  2.3   发射光谱(PL)和时间分辨荧光光谱(TRPL)

  发射光谱可以观察到异质结处电子、空穴分离的信息。将TiO₂作为电子猝灭层，通过测试FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃的荧光强度，可以观察钙钛矿光活性层与TiO₂之间能否形成有效的电子分离。本文所选用的激发光为532 nm，发射的范围为650~850 nm，样品制备完成后封装测试。图 4为EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液处理以及未经离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃的稳态发射光谱。从图中可以看出，CH₃NH₃PbI₃的发射峰在760 nm左右，与文献[16]中报道的一致。电子和空穴在异质结处发生分离后，发射峰应该减弱，而且减弱的程度越高说明电子和空穴分离的越好。观察图 4发现，与未经离子液处理的样品相比，HMITFSI离子液处理后发射峰发生了一定程度的减弱，表明经HMITFSI离子液处理后，在TiO₂/CH₃NH₃PbI₃界面处电子能够更有效地分离。而经EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，样品的发射峰反而增强了，表明EMITFSI和EMIFSI离子液的处理对TiO₂/CH₃NH₃PbI₃界面处电子的分离有负面影响。钙钛矿的形貌缺陷和异质结界面处电子空穴的分离及传输情况均最终会影响电池器件的光电转换效率。

  图4 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构的发射光谱 Figure4. Photoluminescence spectra of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图 5为EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液处理以及未经离子液处理的FTO/TiO₂ /CH₃NH₃PbI₃的时间分辨荧光光谱，相对稳态发射光谱而言，它能够更直观地表明界面由于电荷转移引起的激子分离情况^[19]。可见，HMITFSI离子液处理后，钙钛矿活性层的激子寿命明显减短，荧光猝灭明显快于未经离子液处理的样品。未经处理的样品拟合出的激子寿命为88.77 ns，EMITFSI、EMIFSI和HMITFSI离子液体处理后的样品激子寿命分别为108.38、109.34和80.08 ns。HMITFSI离子液处理后的样品激子寿命最短，说明经HMITFSI离子液处理后，电子和空穴能够更高效地分离并传输出去，从而获得光电转换效率更高的器件。相反，经EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，电子和空穴分离减慢，激子荧光寿命增长了，于是对应的电池器件性能就低于未经处理的器件，这与图 7中J-V曲线以及表 1中的光伏性能参数是吻合的。

  图5 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构的时间分辨荧光光谱 Figure5. Time resolved photoluminescence spectra of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  表 1  EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理以及未处理参比钙钛矿太阳能电池的光伏性能参数 Table 1.  Photovoltaic performance parameters of perovskite solar cells treated with EMITFSI, EMIFSI, HMITFSI ionic liquids and the pristine

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  Samples	Jsc/(mA·cm-2)	Voc/V	FF	PCE/%
  Pristine one	18.68	1.04	0.71	13.79
  EMITFSI	18.21	1.01	0.67	12.32
  EMIFSI	17.23	1.01	0.68	11.83
  HMITFSI	18.79	1.05	0.74	14.60

  2.4   电化学性能测试

  J-V曲线，即电池器件的输出光电流和光电压曲线，是最直接最全面衡量太阳能电池光电转换效率的测试方法。本文中所有的J-V性能均是在模拟标准太阳光下测试的，光照强度为100 mW/cm²。对比EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理以及没有离子液处理的电池器件的J-V曲线和对应的光伏性能参数分别如图 6和表 1所示。可见，不同离子液的处理对钙钛矿太阳能电池的性能有着显著不同的影响。相比未处理的电池器件，HMITFSI离子液处理的钙钛矿太阳能电池获得了18.79 mA/cm²的短路电流密度，比参比钙钛矿太阳能电池有了一定幅度的提高。另外，开路电压和填充因子(FF)均有所提高，尤其是填充因子从0.71增加到0.74，这使得HMITFSI离子液处理的钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)从13.79%提高到了14.60%。然而，经EMITFSI和EMIFSI离子液处理后的电池器件开路电压、短路电流和填充因子均有了不同程度的下降，反而对器件的光电性能产生了负面影响。

  图6 未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线 Figure6. J-V cuves of perovskite solar cells without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  同时，测试了EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理的钙钛矿太阳能电池和未处理参比电池的单色入射光电转换效率，即IPCE，如图 7所示。3种离子液体处理的和未经处理的钙钛矿太阳能电池的光谱响应范围均在300~800 nm之间，这与CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿晶体的带隙相符。EMITFSI和HMITFSI离子液体处理以及未经处理的钙钛矿太阳能电池，在400~600 nm波长范围内IPCE都超过了75%，而EMIFSI离子液处理的钙钛矿太阳能电池IPCE相对较低。通过积分各自的IPCE，得到EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理以及未处理的参比钙钛矿太阳能电池的IPCE积分电流密度分别为18.28、17.20、18.53和18.46 mA/cm²，这与J-V测试中所得的钙钛矿太阳能电池的短路电流密度相符合(对应短路电流密度分别为18.21、17.23、18.79和18.68 mA/cm²)。同时发现，在波长350~600 nm的范围内，未经处理的参比钙钛矿太阳能电池的IPCE要比HMITFSI离子液体处理的钙钛矿太阳能电池稍高；相反，在波长600~800 nm范围内，HMITFSI离子液体处理的钙钛矿太阳能电池反而要比参比电池的高。整体来说，HMITFSI离子液体处理的钙钛矿太阳能电池比未经处理的参比电池积分电流密度有了一定程度的提升，而EMITFSI和EMIFSI离子液处理的钙钛矿太阳能电池积分电流密度却比参比电池下降了。

  3   结论

  本文对CH₃NH₃PbI₃钙钛矿太阳能电池器件的加工工艺进行了探究，最终获得稳定的电池器件加工工艺。在此基础上，研究了1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(HMITFSI)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓二(氟甲磺酰基)亚胺盐(EMIFSI)离子液对钙钛矿太阳能电池性能的影响，通过电化学性能测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、发射荧光(PL)以及时间分辨荧光光谱(TRPL)等测试表征手段，研究了影响钙钛矿太阳能电池性能的因素，得到结论如下：通过对加工工艺的探究，获得了稳定工艺下的器件光伏性能参数，即J_sc= 18.68 mA/cm²，V_oc=1.04 V，填充因子(FF)=0.71，光电转换效率(PCE)=13.79%；经HMITFSI离子液处理后，器件的J_sc、V_oc、FF以及PCE均有所提高，光电转换效率提升了6%，而EMITFSI和EMIFSI离子液处理后，器件性能却下降了；未处理的钙钛矿层存在团聚问题，造成部分TiO₂裸露，引起电池的电子空穴复合增加，而HMITFSI处理后，钙钛矿形貌得到改善，考虑是HMI阳离子的极性恰能改善钙钛矿的团聚现象。

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  图 1  未经处理(A)、EMITFSI(B)、EMIFSI(C)和HMITFSI(D)离子液体处理的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(SEM)照片

  Figure 1  Surface SEM images of perovskite films without any treatment(A), and treated with EMITFSI(B), EMIFSI(C) and HMITFSI ionic liquids(D)

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  图 2  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构上钙钛矿晶体的XRD图

  Figure 2  X-ray diffraction spectra for perovskite films without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids based on the structure of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃

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  图 3  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的紫外-可见光吸收光谱图

  Figure 3  UV-Vis absorption spectra of CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图 7  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的比钙钛矿太阳能电池的IPCE

  Figure 7  IPCE for perovskite solar cells without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图 4  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构的发射光谱

  Figure 4  Photoluminescence spectra of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图 5  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃结构的时间分辨荧光光谱

  Figure 5  Time resolved photoluminescence spectra of FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃ without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  图 6  未处理(a)和EMITFSI(b)、EMIFSI(c)、HMITFSI(d)离子液处理的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线

  Figure 6  J-V cuves of perovskite solar cells without any treatment(a), and treated with EMITFSI(b), EMIFSI(c) and HMITFSI(d) ionic liquids

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  表 1  EMITFSI、EMIFSI、HMITFSI离子液处理以及未处理参比钙钛矿太阳能电池的光伏性能参数

  Table 1.  Photovoltaic performance parameters of perovskite solar cells treated with EMITFSI, EMIFSI, HMITFSI ionic liquids and the pristine

  Samples	Jsc/(mA·cm-2)	Voc/V	FF	PCE/%
  Pristine one	18.68	1.04	0.71	13.79
  EMITFSI	18.21	1.01	0.67	12.32
  EMIFSI	17.23	1.01	0.68	11.83
  HMITFSI	18.79	1.05	0.74	14.60

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