富勒烯C60作為一種優(yōu)良的電子傳輸材料,已經(jīng)被廣泛應用于高效反式鈣鈦礦電池中。由于C60存在溶解和團聚問題,高質量的C60電子傳輸層薄膜目前只能通過真空熱蒸發(fā)法制備。然而,真空熱蒸發(fā)法對C60粉末純度要求高,設備復雜且耗能較大,導致該方法的材料與設備成本較高。相比于真空熱蒸發(fā)法,溶液法成本低廉且操作簡便。
近日,北京大學深圳研究生院的楊世和教授、福建師范大學的邢舟博士和廣西師范大學李姝慧副教授合作,將碗烯作為添加劑引入C60電子傳輸層中,通過設計一種特殊的球碗組裝策略,實現(xiàn)了全溶液法制備高性能C60電子傳輸層,其光電轉化效率為目前基于溶液法制備C60基電子傳輸層的反式鈣鈦礦電池中最高。同時,相比于單一C60電子傳輸層和傳統(tǒng)PCBM電子傳輸層,碗烯-C60電子傳輸層的形貌穩(wěn)定性大幅提升。
受限于C60的溶解性和液相成膜性,通過溶液旋涂得到的C60薄膜存在明顯的富勒烯團聚結晶現(xiàn)象,導致薄膜形貌較差;并且在85℃持續(xù)高溫加熱后,富勒烯的團聚結晶現(xiàn)象明顯加劇。得益于特殊的球碗組裝結構,碗烯的引入顯著延緩了C60的團聚結晶效應,不僅提升了C60在溶液中的極限溶解度,增強了C60的液相成膜性,而且大幅降低了C60薄膜的表面粗糙度,并且提升了薄膜在持續(xù)高溫加熱過程的形貌穩(wěn)定性。c-AFM測試證明適量引入碗烯對C60薄膜的導電性沒有造成負面影響。同時,DFT理論模擬證明了分子間電荷轉移過程的存在,從而提升了碗烯-C60混合薄膜的電子遷移率。在綜合考慮薄膜的表面粗糙度和電子性質后,作者篩選出了最佳的碗烯添加量和薄膜制備條件。 最終,基于溶液法制備的碗烯-C60電子傳輸層的鈣鈦礦電池獲得了最高21.69%的光電轉化效率和不俗的光照穩(wěn)定性以及高溫穩(wěn)定性。該工作為全溶液法制備高效、穩(wěn)定的C60電子傳輸層提供了一種新思路。 論文信息 Bowl-Assisted Ball Assembly for Solvent-Processing the C60 Electron Transport Layer of High-Performance Inverted Perovskite Solar Cell Dr. Zhou Xing, Fu Liu, Dr. Shu-Hui Li, Xianzhen Huang, Ajuan Fan, Prof. Qiufeng Huang, Prof. Shihe Yang 文章的第一作者是福建師范大學的邢舟博士。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202305357















