二氢化萘加成富勒烯衍生物做为电子传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用

Most of perovskite solar cells utilize titanium dioxide as the electron transport layers. Titanium dioxide require sintering at high temperature prior to use, which renders them incompatible with flexible substrates. This proposal will focus on the syntheses and application of novel fullerene derivatives as electron transport layers for perovskite solar cells. Here, we will synthesize different fullerene derivatives with different energy level, solubility, electron mobility and spectral absorption property, which will be used as electron transport layer in perovskite solar cells. The current study will provide the fullerene molecular structure−device performance relationship, and suggest a design rule for high performance electron transport layers for Perovskite solar cells. Moreover, we will explore the use of the fullerene electron transport layers in flexible perovskite solar cells.

钙钛矿太阳能电池常用二氧化钛做为电子传输层，其制备需要高温处理，不利于电池的柔性化。本项目拟使用富勒烯衍生物做为电子传输层，不需要高温处理，可以制备得到柔性的钙钛矿太阳能电池。针对钙钛矿太阳能电池电子传输层问题，本项目重点研究二氢化萘加成富勒烯衍生物做为电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响，通过对富勒烯进行特定的化学修饰，调控其能级结构、溶解度、电子迁移率和光谱吸收性质，研究不同种类富勒烯电子传输层对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响，揭示富勒烯衍生物能级结构、溶解度、电子迁移率和光谱吸收性质对电荷分离、传输和光子吸收的影响规律，为设计高效的电子传输材料提供思路。进一步以富勒烯衍生物为电子传输层，在柔性基底上制备得到柔性的钙钛矿太阳能电池器件。

本项目围绕富勒烯衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用。我们合成了多种二氢化萘加成富勒烯衍生物，其具有不同的能级结构、溶解性、电子迁移率和光吸收性质。将其做为电子传输层应用于平面p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池中，得到了17.6%的光电转换效率，同时太阳能电池器件对湿度的稳定性也得到了改善。其次，我们将富勒烯做为电子传输层制备得到了高效稳定的全碳基钙钛矿太阳能电池。无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池具有高稳定性和低成本的前景，但使用二氧化钛做为电子传输层会造成迟滞和不稳定性。考虑到电子接受能力，富勒烯C60被用来代替二氧化钛用于电子传输层，形成所谓的全碳基钙钛矿太阳能电池。我们通过真空蒸镀得到富勒烯C60薄膜，将其做为电子传输层构建氟掺杂的氧化锡（FTO）/C60/甲基铵碘化铅（MAPbI3）/碳的器件结构，报道了无滞后的全碳基钙钛矿太阳能电池的开发。使用富勒烯C60制造的性能最佳的全碳基钙钛矿太阳能电池已经实现了15.38％的光电转化效率，且没有滞后现象。最重要的是，我们实现了全碳基钙钛矿太阳能电池的长期稳定性，在相对湿度为40-60%的空气中，在1个太阳光强度照射下，在最大功率点处连续运行180小时后，它们仍保持95%的初始性能。本项目的研究工作探究了富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池中的应用，为设计高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了思路。