近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其高效、廉价、易制备等优点引起了科研工作者的广泛关注，并获得了飞速的发展。目前，认证的最高效率已经达到了22.1%。但是，器件的重复性、迟滞效应、复杂的加工方法（反溶剂法、溶剂处理等）和比较差的稳定性仍然是阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的原因。
图1 （a）PCBB-OEG合成步骤（b）PCBM和PCBB-OEG在异丙醇中的溶解情况（c）p-i-n型平面器件结构示意图（d）钙钛矿太阳能电池的相关能级图
近日，苏州大学李永舫院士团队的李耀文副教授等人设计合成了一种如图1所示的亲水性富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸-（3,4,5-三（2-（2-（2-甲氧基乙氧基）乙氧基）乙氧基）苯基）甲醇酯（PCBB-OEG），该富勒烯衍生物可以很好的溶解在异丙醇溶液中，他们将PCBB-OEG作为添加剂加入到第二步的前躯体MAI溶液中，并将其应用在p-i-n型平面钙钛矿太阳能电池（如图1所示）中。
图2 （a）未掺杂的钙钛矿薄膜SEM图（b）掺杂0.1%PCBB-OEG的钙钛矿薄膜的SEM图（c）不同掺杂比例的钙钛矿薄膜的XRD曲线图（d）掺杂1%钙钛矿薄膜的ToF-SIMS深度曲线
通过SEM和XRD，他们发现PCBB-OEG的加入，有利于钙钛矿的结晶，能够形成更加均匀致密的钙钛矿薄膜。如图2所示。不仅如此，通过ToF-SIMS深度曲线分析，他们发现，PCBB-OEG会在钙钛矿薄膜形成很好的梯度分布，并且在表面进行富集。因此，掺杂过后的钙钛矿薄膜会和电子传输层更好的接触，帮助电子修饰层进行电子抽提，进而极大的提高的器件的光电转换效率。如图3所示，添加了0.1%的PCBB-OEG的器件的能量转化效率高达20.2%，并且减小了迟滞效应。
图3 （a）不同器件的正反扫J-V曲线图（b）掺杂0.1%PCBB-OEG最大输出功率
不仅如此，作者还发现由于掺杂PCBB-OEG后得到的钙钛矿晶体比较致密，所以可以阻隔氧气和水对钙钛矿的破坏；并且由于PCBB-OEG还在钙钛矿表面进行富集，保护钙钛矿晶体，进一步的PCBB-OEG中的-O可以和钙钛矿中的-NH3形成比较强的氢键相互作用，如图4（c）所示，可以保护钙钛矿晶体。因为氢键的相互作用使得PCBB-OEG中的C60基团面朝外，进一步的保护钙钛矿晶体。由于多层的保护掺杂后的钙钛矿太阳能电池有着很好的空气稳定性，如图4（a）、（b）所示，掺杂后的器件在在室温，湿度为70%的环境下暴露300小时后，仍可以保持98.4%的效率。
图4 （a）在湿度为70-80%下暴露300小时，不同器件的效率变化图（b）钙钛矿薄膜湿度处理的照片和接触角测试（c）MAPbI3、MAPbI3+PCBB-OEG、PCBB-OEG的NMR曲线图。
该工作由苏州大学李永舫院士团队完成，通讯作者李耀文副教授和李永舫院士，第一作者为博士生许桂英；该研究得到了国家重大研究计划集成项目（91633301）、国家自然科学基金面上项目（51673138）、江苏省优秀青年基金（BK20160059）等项目的资助和支持。
参考文献：
Guiying Xu, Rongming Xue, Weijie Chen, Jingwen Zhang, Moyao Zhang, Haiyang Chen, Chaohua Cui, Hongkun Li, Yaowen Li,* Yongfang Li* Adv. Energy Mater.，2018，10.1002/aenm.201703054.
