综述：基于富勒烯的钙钛矿太阳能电池电子传输层的发展、挑战与前景：工业视角

《Solar RRL》：Development, Challenges, and Vision for Fullerene-Based Electron Transport Layer in Perovskite Solar Cells: An Industrial Perspective

本综述从工业视角系统梳理了富勒烯电子传输层（ETL）在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的研究进展。文章指出当前PSC效率已达27.18%，但富勒烯ETL的滞后性制约了其发展，重点探讨了热蒸发沉积与溶液加工两种制备工艺的优化策略（如厚度调控、退火处理、新型衍生物开发），并针对缺陷钝化、能级调控、聚集抑制等关键问题提出产业化改进方向。

　　

Abstract

钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）已突破27.18%，这得益于自组装单分子层的快速发展和钙钛矿结晶动力学的精细调控。然而，以富勒烯为主的电子传输层（ETL）发展滞后制约了PSC的进一步突破。本文从工业视角全面综述富勒烯ETL的最新进展，重点分析热蒸发沉积与溶液加工两种技术路径的优化策略与产业化潜力。

热蒸发沉积富勒烯ETL的精密调控

对于真空热蒸发制备的富勒烯ETL，厚度与热处理工艺被确定为关键优化参数。研究表明，ETL厚度需精确控制在10-50纳米范围内以平衡电子提取与串联电阻。150°C的短时热退火可有效提升富勒烯分子有序度，使电子迁移率提升3个数量级。近年来出现的多功能富勒烯衍生物（如PC₆₁BM、C₆₀-Pyrene）通过分子设计引入羧基或氨基官能团，同步实现能级对齐与钙钛矿界面缺陷钝化，将器件稳定性延长至1000小时以上。

溶液加工ETL的技术革新

溶液法加工富勒烯ETL因其低成本优势更受工业界关注，但面临聚集导致的膜层不均匀问题。通过开发新型富勒烯衍生物（如ICBA、双加成富勒烯），并引入抗溶剂辅助旋涂、气相辅助结晶等工艺，成功抑制了富勒烯的π-π堆叠效应。值得注意的是，富勒烯-聚合物复合材料（如P3HT:PC₇₁BM）可形成三维互穿网络，使PCE提升至22.7%，同时显著增强器件耐湿性（85%湿度下保持初始效率90%）。

产业化路径分析

从商业化视角评估，热蒸发沉积工艺虽能制备高纯度膜层，但设备投资成本高且难以实现大面积生产；溶液加工技术虽具备卷对卷生产潜力，但需要解决溶剂毒性与膜层针孔缺陷问题。未来发展方向包括开发可低温加工的富勒烯墨水、设计具有自愈合功能的智能ETL材料，以及建立标准化加速老化测试协议（如ISOS-L-3），为PSC的工业化应用铺平道路。