Cheng En Cai, Prabakaran Mani, Yen-Chung Feng, Jun-Hao Fu, Yi-Tsu Chan,
and Rong-Ho Lee
ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 12, 18502–18513

國立中興大學 化學工程學系 李榮和教授
國立臺灣大學 化學系 詹益慈教授

在本研究中合成三種富勒烯衍生物—C60tBu、C60TPY 和 C60TPY-Cl，作為電子傳輸層PC₆₁BM中的添加劑，以應用於提升反式鈣鈦礦太陽能電池之電子傳輸與光伏特性。將 C60tBu 和 C60TPY 導入 PC₆₁BM層中可改善PC₆₁BM層的形態，並對甲基銨鉛碘（MAPbI₃）層表面的晶體缺陷進行鈍化。這種缺陷鈍化可提高了鈣鈦礦之結晶品質，增強了紫外-可見光吸收，減少了電荷復合，並提升了 導入C60tBu 和 C60TPY 之電池的電子遷移率。含有 2,2′:6′,2″-三聯吡啶（TPY）單元的 C60TPY 之結晶缺陷鈍化效果優於帶有叔丁酯基團的 C60tBu。因此，導入 C60TPY 的電池之光伏性能優於採用 C60tBu 的電池。為了進一步探討 TPY 基團對於鈣鈦礦結晶缺陷之鈍化效應的影響，C60TPY 與 HCl 進行中和，生成 C60TPY-Cl。正如預期，C60TPY-Cl 中 TPY 基團的質子化導致PC₆₁BM層形態變差，並降低了鈣鈦礦層的缺陷鈍化效果。因此，導入 C60TPY-Cl 的電池並未觀察到光伏性能的提升。導入富勒烯衍生物之反式鈣鈦礦太陽能電池之結構為：氧化銦錫/NiOx/MAPbI₃/富勒烯衍生物:PC₆₁BM/Bathocuproine (BCP)/銀。在所有富勒烯基添加劑中，C60TPY 展現了最佳的光伏性能，達到了 20.10% 的功率轉換效率、1.07 V 的開路電壓、24.85 mA cm⁻² 的短路電流密度和 75.6% 的填充因子。此外，導入 C60TPY 的鈣鈦礦太陽能電池在大氣環境（30°C，40% 相對濕度）下存放 450 小時後，仍能保持 80% 的初始光電轉換效率。