富勒烯及其衍生物PCBM憑借其優異的電子親和力，在反式鈣鈦礦太陽能電池器件中常被用作電子傳輸層材料。然而，PCBM在實際應用中存在一些顯著的局限性，這些問題嚴重制約了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。首先，PCBM分子之間存在較強的自聚集傾向，導致其在薄膜中形成不規則的聚集態結構，從而降低了表面覆蓋度，影響了電子傳輸層與鈣鈦礦層之間的界面接觸。其次，PCBM的缺陷鈍化能力不足，無法有效抑制界面處的非輻射復合，進一步限制了器件光伏性能的提升。因此，如何克服PCBM的這些缺陷，成為鈣鈦礦太陽能電池領域亟待解決的關鍵問題。 近日，中南大學趙富穩教授、北京化工大學李明華教授、中國科學院化學研究所胡勁松研究員聯合提出了一種創新性的解決方案，通過設計一種新型富勒烯衍生物FuPE，并將其與PCBM混合，共同作為電子傳輸層材料，顯著提升了鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能。這一研究為解決PCBM電子傳輸層的自聚集問題提供了一種新的策略。
FuPE是一種含有兩個磷酸酯基的富勒烯衍生物。研究團隊通過實驗發現，FuPE的引入能夠顯著改善PCBM的自聚集現象。具體而言，FuPE與PCBM分子之間形成了更強的分子間相互作用，從而優化了分子堆積結構，抑制了PCBM分子的自聚集行為。這種優化的分子堆積不僅提高了電子傳輸層的表面覆蓋度，還顯著提升了薄膜的電子遷移率。此外，研究團隊通過實驗和理論計算進一步揭示了FuPE對電子傳輸層性能提升的內在機制。磷酸酯基的引入使得FuPE與鈣鈦礦層之間形成了更強的相互作用，這不僅改善了電子傳輸層與鈣鈦礦層的界面接觸，還顯著提升了電子傳輸層的缺陷鈍化能力。 最終，基于FuPE:PCBM混合電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池器件實現了超過26%的能量轉換效率，這一結果相較于基于純PCBM電子傳輸層的器件提升了1.2個百分點。更為重要的是，該器件在運行1500小時后仍能保持其初始效率的92%，展現出優異的長期穩定性。 這一結果充分證明了FuPE:PCBM混合電子傳輸層在提升鈣鈦礦太陽能電池性能方面的巨大潛力。這一研究不僅為解決PCBM電子傳輸層的自聚集問題提供了一種新的策略，還為開發高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池提供了重要參考價值 論文信息 Compacting Molecular Stacking and Inhibiting Self-Aggregation in Fullerene Transporting Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Dan He, Jiahao Zhang, Xue-Yuan Gong, Xinying Ruan, Xin-Bo Ma, Chaoyi Yao, Xingxing Shen, Ming-Hua Li, Jianqi Zhang, Jin-Song Hu, Chunru Wang, Fuwen Zhao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502950
