富勒烯及其衍生物PCBM凭借其优异的电子亲和力，在反式钙钛矿太阳能电池器件中常被用作电子传输层材料。然而，PCBM在实际应用中存在一些显著的局限性，这些问题严重制约了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。首先，PCBM分子之间存在较强的自聚集倾向，导致其在薄膜中形成不规则的聚集态结构，从而降低了表面覆盖度，影响了电子传输层与钙钛矿层之间的界面接触。其次，PCBM的缺陷钝化能力不足，无法有效抑制界面处的非辐射复合，进一步限制了器件光伏性能的提升。因此，如何克服PCBM的这些缺陷，成为钙钛矿太阳能电池领域亟待解决的关键问题。 近日，中南大学赵富稳教授、北京化工大学李明华教授、中国科学院化学研究所胡劲松研究员联合提出了一种创新性的解决方案，通过设计一种新型富勒烯衍生物FuPE，并将其与PCBM混合，共同作为电子传输层材料，显著提升了钙钛矿太阳能电池的光伏性能。这一研究为解决PCBM电子传输层的自聚集问题提供了一种新的策略。
FuPE是一种含有两个磷酸酯基的富勒烯衍生物。研究团队通过实验发现，FuPE的引入能够显著改善PCBM的自聚集现象。具体而言，FuPE与PCBM分子之间形成了更强的分子间相互作用，从而优化了分子堆积结构，抑制了PCBM分子的自聚集行为。这种优化的分子堆积不仅提高了电子传输层的表面覆盖度，还显著提升了薄膜的电子迁移率。此外，研究团队通过实验和理论计算进一步揭示了FuPE对电子传输层性能提升的内在机制。磷酸酯基的引入使得FuPE与钙钛矿层之间形成了更强的相互作用，这不仅改善了电子传输层与钙钛矿层的界面接触，还显著提升了电子传输层的缺陷钝化能力。 最终，基于FuPE:PCBM混合电子传输层的钙钛矿太阳能电池器件实现了超过26%的能量转换效率，这一结果相较于基于纯PCBM电子传输层的器件提升了1.2个百分点。更为重要的是，该器件在运行1500小时后仍能保持其初始效率的92%，展现出优异的长期稳定性。 这一结果充分证明了FuPE:PCBM混合电子传输层在提升钙钛矿太阳能电池性能方面的巨大潜力。这一研究不仅为解决PCBM电子传输层的自聚集问题提供了一种新的策略，还为开发高效、稳定的钙钛矿太阳能电池提供了重要参考价值 论文信息 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
