Chemical Engineering Journal：阴离子掺杂苝二亚胺-富勒烯二聚体作为倒置钙钛矿太阳能电池有效电子传输材料的合理设计

我团队在《Chemical Engineering Journal》(中科院1区，影响因子16.745）发表了题为“Rational design of anion-doped perylene diimide-fullerene dimer as effective electron transporting material in inverted perovskite solar cells”的研究论文，我团队博士研究生郑天为第一作者，金波教授为通讯作者，西南科技大学为第一通讯单位。

【研究背景】

在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中，电子传输层(ETL)在钙钛矿活性层的电子提取和传输到阴极中起着至关重要的作用。这有利于提高器件的工作效率和长期稳定性。我们巧妙地将富勒烯和苝二亚胺(PDI)结合，得到了一种新型的n-自掺杂有利于C₆₀-PDI-I二聚体ETL。C₆₀的引入和分子内自掺杂的存在使杂化分子具有较高的迁移率和优良的缺陷钝化能力。结果表明，基于C₆₀-PDI-I二聚体器件的冠军功率转换效率为18.29%，显著高于基于PCBM(15.60%)和PDI(14.38%)的控制器件。据作者所知，这一高PCE值是ETLs等基于PDI衍生品的倒置PSCs的领先水平。整体机理分析结果表明，PCE的起源增强主要归因于改进的电子抽提、减少的非辐射复合和优良的缺陷钝化。此外，由于C₆₀-PDI-I二聚体具有较强的疏水性能，基于C₆₀-PDI-I二聚体的器件的长期稳定性显著增强。C₆₀-PDI杂化调光剂的成功应用为设计新型的PDI基电子输运材料提供了新的思路。

【工作简介】

本文将PDI和两个富勒烯结合在一起，得到了一种新型的C₆₀-PDI-I调光剂。进一步的分子内自掺杂可以显著提高C₆₀-PDII的溶解度和电导率。将C₆₀-PDI-I作为ETL包覆在传统的MAPbI₃薄膜上，以增强界面接触，获得更高的电子迁移率。与传统的电子传输材料PCBM相比，使用C₆₀-PDI-I作为ETL实现了更高的效率和长期稳定性。综合性能评价表明，在PSCs中引入C₆₀-PDI-I不仅可以通过促进电荷的提取来抑制界面势位，还可以抑制电荷的复合，促进载流子的快速分离。更重要的是，这种导电的PDI/富勒烯杂化化合物可以通过静电作用和化学作用有效钝化钙钛矿表面的正电荷和负电荷缺陷。因此，C₆₀-PDI-I修饰的PCE有了明显的改善，从14.41%提高到18.29%，而J-V滞后可以忽略。值得注意的是，与对照装置相比，C₆₀-PDI-I修饰的细胞表现出更强的环境稳定性，这是因为C₆₀-PDI-I的疏水性和令人满意的膜覆盖抑制了MAPbI₃膜的分解。C₆₀-PDI-I作为ETL的应用为通过插入PDI/富勒烯杂化电子传递材料来开发高效的PSC提供了新的前景。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129730