南科大郭旭崗組Nat. Mater.：效率26.0%！非富勒烯電子傳輸材料用于提高鈣鈦礦太陽能電池效率。發表時間：2025-03-07 10:35
電子傳輸材料（ETM）在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中扮演著至關重要的角色，它們負責優化電子從鈣鈦礦層到陰極的傳輸過程。傳統上富勒烯（Fullerenes），尤其是C??和[6,6]-phenyl-C??-butyric acid methyl ester（PCBM），一直是反式結構PSCs中的基準ETM。然而，C??的應用受到熱蒸發方法的局限，而PCBM則因光熱穩定性不足和電子傳輸能力不佳而在PSC中的廣泛應用受到限制。 為了克服這些挑戰，南方科技大學馮奎教授、郭旭崗教授帶領其團隊成功開發了一種可溶液加工的非富勒烯ETM—氰基功能化二噻吩酰亞胺二聚體（CNI2）基聚合物（PCNI2-BTI）。該材料具有多重優勢，包括**的光熱穩定性、高效的電子傳輸能力，以及與鈣鈦礦層之間增強的相互作用。因此，采用PCNI2-BTI的反式結構PSCs實現了高達26.0%（經認證為25.4%）的光電轉換效率（PCE），并且在ISOS-L-3標準（65?°C，相對濕度60%?±?10%）下表現出**的運行穩定性，T??壽命長達1,280小時。 他們的研究不僅揭示了PCNI2-BTI在PSCs中的成功應用，還確立了高性能非富勒烯ETM的關鍵設計原則。這些原則涵蓋優異的溶解性、良好的主鏈共面性、低能級前沿分子軌道（FMOs）、**的光熱穩定性、緊密的π–π堆積以及豐富的光生載流子（PGs）。基于這些深入見解，他們進一步開發了三種新的非富勒烯ETM，在PSCs中的平均PCE超過25%，其中*高的一種在反式結構PSCs中更是達到了26.1%的PCE。 這些發現不僅證明了非富勒烯ETM在實現高性能和穩定PSCs方面的巨大潛力，還為設計和利用高性能非富勒烯ETM用于PSCs提供了新思路。這一突破性工作預示著基于鈣鈦礦的光伏技術研究范式即將迎來重大變革，有望推動PSC技術的進一步發展。
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