SCMs|合成新型氰基修饰的富勒烯衍生物降低介电失配实现高效反式钙钛矿太阳能电池

富勒烯衍生物，尤其是[1,1]-苯基-C₆₁-丁酸-甲酯（PC₆₁BM），通常用作反式（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PVKSCs）的电子传输层和添加剂，但PC₆₁BM（3.8）的介电常数（ε_r）远小于有机无机杂化铅卤钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃ [MAPbI₃]为6.5）的介电常数，不利于激子的解离且阻碍了界面电荷的传输。

近日，中国科学技术大学杨上峰教授、东莞理工学院陈木青教授和重庆大学陈江照教授等人在Science China Materials发表研究论文，合成了一种新的氰基功能化富勒烯，其中两个氰基通过罗丹宁连接到富勒烯上（缩写为C₆₀-Rhd-CN），并通过反溶剂法将其引入MAPbI₃活性层中来构建反式钙钛矿太阳能电池器件。

本文要点：

1) 引入强吸电子氰基后，C₆₀-Rhd-CN的ε_r值达到5.1，明显高于PC₆₁BM（3.8），因此可以有效降低MAPbI₃钙钛矿和富勒烯电子传输层之间的介电失配。此外，氰基能够与MAPbI₃钙钛矿中的Pb²⁺离子进行配位实现钙钛矿的缺陷钝化。

2) C₆₀-Rhd-CN掺入钙钛矿后促进了激子解离和界面电荷传输，并抑制了非辐射复合，使反式钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率从参比器件的18.43%显著提高到20.81%。此外，掺入C₆₀-Rhd-CN有助于提高钙钛矿太阳能电池的环境和热稳定性。

3) 为了阐明氰基在增加ε_r值和提高效率方面的关键作用，还合成了另一种类似结构的新型罗丹宁官能化富勒烯，其中两个氰基被硫原子取代（缩写为C₆₀-Rhd-S），其获得的能量转换效率为19.45%，其性能低于含有C₆₀-Rhd-CN添加剂的钙钛矿太阳能电池的主要原因是其ε_r值（4.0）较低。

文章信息

Jia L., Ma X., Xiang W., et al. Lowering the dielectric mismatch for efficient inverted perovskite solar cells through incorporating cyano-functionalized fullerene additive. Sci. China Mater. (2023).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2365-3

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