復(fù)旦趙巖&王洋Nat. Energy ：效率 14.51%！厘米級(jí)無(wú)富勒烯錫基鈣鈦礦電池

主要內(nèi)容

富勒烯基電子傳輸層（ETLs）是制備高效錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（TPSCs）的常用材料，但這類材料普遍存在成本高昂、合成工藝復(fù)雜、電子遷移率低，以及與鈣鈦礦層界面相互作用弱等核心瓶頸。針對(duì)上述問題，復(fù)旦大學(xué)趙巖、王洋與梁佳教授團(tuán)隊(duì)提出一種無(wú)富勒烯 TPSC 新結(jié)構(gòu)，通過氟化改性、三受體結(jié)構(gòu)調(diào)控及斯蒂爾偶聯(lián)聚合工藝的協(xié)同聯(lián)用，成功合成了一系列非富勒烯電子傳輸層材料（P1、P2 和 P3），旨在同步提升器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）與長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。

這類非富勒烯 ETLs 兼具成本低廉、合成簡(jiǎn)便、電子遷移率比富勒烯基材料高出三個(gè)數(shù)量級(jí)，以及化學(xué)與電學(xué)結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，能與錫基鈣鈦礦層形成連續(xù)且貼合緊密的共形界面，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)、更均勻的界面相互作用，尤其在大面積器件制備中優(yōu)勢(shì)突出。其中，聚合物 P3 表現(xiàn)**，可實(shí)現(xiàn)理想的能級(jí)匹配與高效電子傳輸 —— 基于該材料的無(wú)富勒烯 TPSCs，0.04 cm2 小面積器件 PCE 達(dá)16.06%（認(rèn)證效率 15.90%），1 cm2 大面積器件 PCE 達(dá)14.67%（認(rèn)證效率 14.51%），性能全面優(yōu)于采用 ICBA 電子傳輸層的傳統(tǒng)富勒烯基對(duì)照器件。

此外，這類非富勒烯 ETLs 因含有剛性疏水長(zhǎng)烷基側(cè)鏈與氟取代基的雙重疏水結(jié)構(gòu)，賦予器件**的環(huán)境耐受性與運(yùn)行穩(wěn)定性：基于 P3 的無(wú)富勒烯器件在連續(xù)運(yùn)行 1200 h 后未出現(xiàn)明顯性能衰減；在 1 個(gè)太陽(yáng)光照強(qiáng)度的持續(xù)輻照下運(yùn)行 550 h 后，仍能保持初始效率的 86%（小面積器件效率保持率超 85%）。本研究不僅為無(wú)富勒烯 TPSCs 及新型非富勒烯 ETL 材料的分子設(shè)計(jì)與制備開發(fā)提供了重要理論與實(shí)驗(yàn)參考，更為制備兼具高效率、長(zhǎng)穩(wěn)定性的無(wú)毒大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池開辟了新路徑，有力推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)。

文獻(xiàn)信息

Centimetre-scale fullerene-free tin-based perovskite solar cells with a 14.51% certified efficiency

Tianpeng Li, Feifei He, Tao Shen, Dongsheng Yan, Zuoming Jin, Bin Li, Peilin Wang, Zhiguo Zhang, Zhi Li, Yu Pu, Liangliang Deng, Lang Qin, Wenwu Li, Yiqiang Zhan, Zhen Liu, Qiyi Fang, Yunxi Yao, Yunqi Liu, Yan Zhao, Yang Wang & Jia Liang

https://www.nature.com/articles/s41560-025-01919-1#citeas

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