JACS：新型富勒烯螯合电子传输层分子改善钙钛矿性能

纳米技术

2022-03-21

在反式钙钛矿中，富勒烯衍生分子PCBM广泛的被应用于电子传输层分子，但是PCBM的能级并不能够非常好的匹配，钝化效应不足导致器件性能受到阻碍，分子容易产生聚集，而且形貌并不稳定，导致器件的寿命降低。

有鉴于此，北京大学占肖卫、周欢萍、苏州大学屠迎锋等报道设计了一系列富勒烯分子FP-Cn (n=4, 8, 12)，作为除了PCBM外一种新型电子传输层，这种分子[60]富勒烯与三吡啶螯合基团通过不同长度的柔性烷基链间隔连接。

FP-C8/C60比PCBM/C60电子传输层分子构建钙钛矿太阳能电池实现了更高的效率，更好的稳定性/寿命。

本文要点：

（1）

发现在FP-Cn中，FP-C8具有最好的效果，能够最有效的增强分子排序，提高吸附在钙钛矿层的表面，这是因为其能够很好的在螯合作用与分子自组装之间平衡。因此FP-C8具有最好的能量匹配和形貌稳定性。

（2）

在基于FP-C8/C60作为电子传输层分子、Cs_0.05FA_0.90MA_0.05PbI_2.85Br_0.15 钙钛矿太阳能电池器件的能量效率达到21.69 %，比PCBM/C60的效率更高（20.09 %）。因此改善了电子抽取和传输、有效的降低载流子的复合造成的损失。

使用FP-C8/C60器件的构建FAPbI₃太阳能电池，电池的性能达到23.08 %，性能达到目前溶液相使用富勒烯衍生物分子作为电子传输层的太阳能电池器件性能的最好结果。

（3）

通过FP-C8/C60作为电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池器件比PCBM/C60具有更好的抗湿度/热稳定性，在1200 h工作过程中保持96 %的效率，比PCBM/C60对比器件的性能更好（670 h工作后效率降低为60 %）。

参考文献

Yiting Jiang, Jiabin Wang, Huachao Zai, Dongyuan Ni, Jiayu Wang, Peiyao Xue, Nengxu Li, Boyu Jia, Huanjun Lu, Yu Zhang, Feng Wang, Zhenyu Guo, Zhaozhao Bi, Haipeng Xie, Qian Wang, Wei Ma, Yingfeng Tu*, Huanping Zhou*, and Xiaowei Zhan*, Reducing Energy Disorder in Perovskite Solar Cells by Chelation, J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c12732

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12732