有机金属卤化物钙钛矿太阳电池具有制备工艺简单、光电转换效率高、成本低廉等优点，被视为最有希望替代晶硅太阳电池的下一代光伏技术。然而器件的长程稳定性（如光照和热作用下诱发钙钛矿活性层中的离子迁移导致钙钛矿成分分解）制约了该电池技术的商业化应用，因此改善钙钛矿太阳电池器件不稳定性是当前的研究热点之一。
牛津大学的Henry J. Snaith教授课题组联合瑞典林雪平大学研究团队将离子液体加入到钙钛矿薄膜中，不仅提高了器件效率，还有效抑制了离子迁移，显著提高了器件的长期稳定性，使钙钛矿太阳电池向商业化迈进了关键一步。研究人员将不同摩尔比（0-0.9%相对铅元素而言）的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）离子液体加入到钙钛矿前驱体中，通过旋涂法沉积在涂覆有氧化镍（NiO，作为空穴传输层）薄膜的导电玻璃上，随后在钙钛矿薄膜上逐步沉积富勒烯衍生物C61（电子传输层）、浴铜灵（BCP）缓冲层和金（Au）电极，形成倒置结构平板型钙钛矿太阳能器件。通过分析器件的电流-电压曲线发现，当BMIMBF4离子液体添加量达0.3%时，器件性能最优，其稳态光电转换效率（SPO）达到20%，而没有添加BMIMBF4离子液体的器件SPO仅为18.7%。对钙钛矿薄膜X射线衍射表征显示，相比无BMIMBF4离子液体样品，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜衍射峰强度增加，表明结晶性增强；扫描电镜显示含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大，与X射线结果相互映衬。而X射线光电子谱（XPS）测试结果发现，BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜带隙发生了小幅变动，其与NiO和C61带隙匹配性变得更好，意味着其电子和空穴的抽取效率更高，这也解释了电池器件性能改善的原因。进一步的光致发光谱测试显示，没有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜出现了荧光淬灭现象，这是离子迁移所致；相反，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜则没有出现荧光淬灭，表明了BMIMBF4引入有效地抑制了钙钛矿薄膜中的离子迁移。接着在60-65℃（湿度40-50%）、一个太阳的全光谱辐照下，开展稳定性测试，实验结果显示无BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜仅仅72小时就从黑色变成了黄色，意味着钙钛矿成分分解；相反，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜依旧保持黑色，只出现了微量的碘化铅（PbI2），表明其稳定性得到了增强。最后研究人员在相同条件下对未封装电池器件开展稳定性测试，无BMIMBF4离子液体钙钛矿电池连续工作100小时后效率就基本降至零；而含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池则仍可保持86%的初始效率。接着对含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池进行封装测试，且进一步提升了测试环境严苛性，将温度增加到70-75℃，结果显示连续运行超过1800小时后，器件的性能仅下降了5%左右，在此基础上计算预测器件下降到初始效率的80%，所需的时间至少要5200小时，展现出优异的稳定性。
该项研究通过在钙钛矿薄膜中引入离子液体，有效地抑制了离子迁移，极大提高了钙钛矿太阳电池长期运行的稳定性，其改善方法简单，具有广泛普适性，能够延用到其他类型的钙钛矿太阳电池器件中，为钙钛矿太阳电池从实验室走向商用奠定了关键一步。相关研究成果发表在《Nature》。
