福师大Joule：n型聚合物助力钙钛矿电池中高性能C₆₀电子传输层的液相组装
福师大Joule：n型聚合物助力钙钛矿电池中高性能C₆₀电子传输层的液相组装
钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率和低成本制造潜力而备受关注。近日，福建师范大学和南方科技大学的研究团队在该领域取得重要突破，他们设计了一种新型n型聚合物TPDI-BTI，成功解决了C60在液相组装中的难题，为钙钛矿电池的产业化发展开辟了新路径。
近年来，钙钛矿太阳能电池发展迅猛，已通过多项光伏性能和稳定性的国际认证，展现出巨大的应用前景。富勒烯C60是目前单节钙钛矿电池中性能最好的电子传输材料，也是叠层钙钛矿电池中必不可少的界面材料。然而，C60溶解性较差，难以液相成膜，目前只能通过高成本、高耗能的真空热蒸发法制备电子传输层。同时，C60在高温下趋向团聚结晶，不利于电子传输层的形貌稳定性。
针对这一挑战，福建师范大学邢舟副教授、安明伟副教授与南方科技大学郭旭岗教授等人合作，设计并合成了一种n型聚合物TPDI-BTI，用于与C60液相组装高效、稳定的电子传输层。这种聚合物分子具有柔软的链状骨架，能够与C60形成理想的分子间化学作用和电子能级匹配。TPDI-BTI不仅可以插入相邻碳笼之间抑制碳笼团聚，而且可以调控碳笼的电子传输和薄膜的界面化学作用（图1）。
基于C60-TPDI-BTI的钙钛矿电池表现出25.6%的光电转化效率（第三方认证25.1%），不仅是目前该类钙钛矿电池的最优性能，而且可以和真空热蒸发C60电子传输层相媲美。同时，电池在1800小时持续光照老化后仍然表现出几乎未衰减的性能（图2）。这一突破性研究打破了高性能C60电子传输层只能通过真空热蒸发法制备的局限性，为全液相法制备高效、稳定钙钛矿电池开辟了新路径。
图1. C60-TPDI-BTI之间的化学作用
图2.聚合物和富勒烯的分子结构及钙钛矿电池的光伏性能
这项研究发表在国际顶级期刊《Joule》上，题为"Solubilizing and stabilizing C60 with n-type polymer enables efficient inverted perovskite solar cells"。该成果不仅展示了中国科研团队在新能源材料领域的创新能力，也为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的技术方案。
参考文献：
Z. Xing, S. Ma, B. Chen, M. An, A. Fan, X. Hu, Y. Wang, L. Deng, Q. Huang, H. Kanda, F. Al-Amri, G. Pozzi, Y. Zhang, J. Xia, J. Wu, X. Guo, M. Nazeeruddin, Solubilizing and stabilizing C60 with n-type polymer enables efficient inverted perovskite solar cells, Joule, 2025, 9, 101817.
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(24)00553-1