华侨大学田成波/魏展画教授团队《Adv. Mater.》: 结构确定的二取代富勒烯实现高性能锡基钙钛矿太阳能电池

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基于锡的钙钛矿太阳能电池（TPSC）由于其优异的光电性能和环保特性而引起了广泛的研究兴趣。为了进一步提高器件性能，迫切需要开发新的富勒烯衍生物作为电子传输层（ETL）。

近期，华侨大学的田成波副教授&魏展画教授团队和中科院稀土研究所孟令一研究员在《Advanced Materials》（影响因子：32.086）期刊上发表了题为“Well-defined Fullerene Bisadducts Enable High-performance Tin-based Perovskite Solar Cells”的文章（DOI: 10.1002/adma.202205603）。合成分离了二乙基丙二酸-C60双加合物的四个结构确定的区域异构体（trans-2、trans-3、trans-4和e），并进行了相关表征以研究二取代富勒烯分子结构对光伏性能的影响规律。研究发现，区域异构体的化学结构不仅影响其能级，而且不同二取代富勒烯的分子堆积及其与钙钛矿的界面接触也存在显著差异。以trans-2、trans-3、trans-4和e作为ETL的器件的效率分别为11.69%、14.58%、12.59%和10.55%，高于所制备的基于二取代富勒烯混合物DCBA的器件（10.28%）。尤为重要的是，基于第三方机构认证的trans-3的器件也达到了14.30%的效率，是性能最好的TPSC之一。该研究结果所揭示的富勒烯分子结构与器件性能的构效关系可用于指导设计和精确合成用于高性能TPSC的二取代富勒烯衍生物。

图1.（a） DCBA八种可能的区域异构体的分子结构。（b） trans-2、trans-3、trans-4和e区域异构体的单晶结构。符号说明：灰色，碳；红色，氧气；白色，氢。1 nm的质心距离内（c）trans-2，（d）trans-3，（e）trans-4和（d）e异构体的分子堆积模式。

图2.（a）trans-2、（b）trans-3、（c）trans-4和（d）e薄膜的GIWAXS谱图。（e）基于四种区域异构体膜的纯电子器件的SCLC测量。（f）四种区域异构体薄膜的UPS谱。（g）钙钛矿和富勒烯异构体ETL的能级图。

图3。（a）制备的TPSC的横截面SEM图像，比例尺为100 nm。（b）基于四种富勒烯异构体TPSC的J-V曲线和（c）EQE曲线。（d）基于trans-3的器件的稳态电流密度和输出功率。（e）不同富勒烯异构体ETL的TPSC在N₂条件下的长期储存稳定性。基于不同富勒烯异构体器件的（f）PCE、（g）V_OC、（h）J_SC和（i）FF的统计数据。

作者简介

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田成波，华侨大学发光材料与信息显示研究院/材料科学与工程学院副教授，硕士生导师。2015年博士毕业于厦门大学无机化学专业，获得博士学位。2015-2018年先后在德州大学埃尔帕索分校和华中科技大学从事博士后研究，2019年1月加入华侨大学。目前主要的研究方向是功能化富勒烯、富勒烯配位化学以及与其相关的有机、钙钛矿光伏器件，以第一/通讯作者身份在Adv. Mater.、Adv. Fun. Mater.、Nano energy、Sci. Bull. 等期刊发表20多篇研究论文。

魏展画，华侨大学发光材料与信息显示研究院/材料科学与工程学院教授，博士生导师，发光材料与信息显示研究院院长，材料科学与工程学院副院长(兼)。2019年入选国家百千万人才工程，2020年入选国家“万人计划”青年拔尖人才。从事新型能源光电转化材料与器件方向，主要包括钙钦矿发光二极管、太阳能电池和纳米激光器，并以第一/通讯作者在Nature、J. Am. Chem. Soc.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Fun. Mater. 等顶级学术期刊上发表70余篇高水平学术论文。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.202205603

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