最新Science：突破！26%！用于高性能倒置钙钛矿太阳能模组的C60基离子盐电子传输层

摘要：美国国家可再生能源实验室朱凯团队在Science期刊发表题为 “C60-based ionic salt electron shuttle for high-performance inverted perovskite solar modules”的研究论文

美国国家可再生能源实验室朱凯团队在Science期刊发表题为 “C60-based ionic salt electron shuttle for high-performance inverted perovskite solar modules”的研究论文，美国国家可再生能源实验室Shuai You为论文第一作者，英国纽卡斯尔大学Marina Freitag、托莱多大学Yanfa Yan、阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr和美国国家可再生能源实验室朱凯为论文共同通讯作者。

核心亮点：

创新材料设计：通过合成C60衍生的离子盐CPMAC，显著增强了电子传输层的界面结合力和机械稳定性，解决了传统C60分子层界面弱的问题。

高效稳定性能：CPMAC基太阳能电池实现了26%的高效率，并在高温长时间运行下表现出极低的性能衰减（2100小时后仅降解2%），展现了出色的商业化潜力。

规模化应用验证：在小型组件中，CPMAC同样表现出优异的性能（PCE 23%）和稳定性（2200小时后降解。

倒置p-i-n型钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其制备工艺简单、低温加工性以及与叠层电池的兼容性优势，成为商业化潜力突出的技术路线。然而，器件规模化制备与长期运行稳定性仍是其商业化的主要瓶颈。尽管C60通常作为倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）中的电子传输层（ETL），但其分子特性导致界面结合弱，易引发非理想的界面电子和机械退化问题。

鉴于此，英国纽卡斯尔大学Marina Freitag、托莱多大学Yanfa Yan、阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr和美国国家可再生能源实验室朱凯等人合成了一种C60衍生的离子盐——4-(1',5'-二氢-1'-甲基-2'H-[5,6]富勒烯-C60-In-[1,9-c]吡咯-2'-基)苯甲胺氯化物（CPMAC），并将其作为电子传输层用于倒置PSCs中。CPMAC中的CH2-NH3+头基改善了ETL界面，其离子特性增强了堆积密度，使界面韧性提高了约3倍。

使用CPMAC的器件实现了约26%的光电转换效率（PCE），并在65°C、1太阳光照射下运行2100小时后仅降解约2%。对于小型组件（4个子电池，6平方厘米），PCE达到约23%，在55°C下运行2200小时后降解小于9%。

该项研究证明，离子盐CPMAC可有效解决倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）中分子态C60的机械不稳定性问题。相较于C60，CPMAC的离子特性显著强化了ETL/钙钛矿界面结合区域，且仅需超薄CPMAC层即可实现高效器件运行。CPMAC的应用不仅提升了器件效率，还大幅增强了运行稳定性。并进一步验证了CPMAC在微型组件开发中的适用性，其模块化效率与运行稳定性达到文献报道中的最佳水平之一。为钙钛矿光伏技术迈向商业化提供了极具前景的解决方案。