华师大方俊锋ACS新作：有机硫化物助CsPbI₃电池无ETL达新高度！

主要内容

在清洁能源探索的征程中，华东师范大学方俊锋教授、欧阳威教授、李晓冬教授共同带领科研团队开启了一场突破性的研究之旅。在众多新型光伏材料里，无机碘化铅铯（CsPbI₃）钙钛矿宛如一颗璀璨的明星，凭借其约1.70 eV的带隙，成为两端叠层器件中顶电池的不二之选，吸引了全球科研人员的目光。

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破局：摆脱富勒烯衍生物的桎梏

然而，当前顶电池中广泛使用的富勒烯衍生物作为电子传输材料，却像一道难以跨越的沟壑，制约着电池性能的进一步提升。它不仅会对短波光线产生寄生吸收，导致大量光能白白浪费，而且高昂的成本也使得其大规模商业化应用举步维艰。

面对这一困境，团队凭借着深厚的专业知识和敏锐的科研洞察力，创新性地提出了一种界面修饰策略。他们精心选取半胱胺（CYS：NH₃⁺(CH₂)₂S⁻）和溴化铅（PbBr₂）作为“魔法材料”，在CsPbI₃表面巧妙构建了一层CYS(PbBr₂)钙钛矿层，进而形成异质结。这一独特的结构设计，成功取代了富勒烯衍生物，并获得了更浅的费米能级。就像为电子传输开辟了一条“高速通道”，无需富勒烯衍生物的参与，就能实现高效的电子转移和传输。在实际操作中，团队将含半胱氨酸（CYS）、溴化铅（PbBr₂）和[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）的钙钛矿异质层引入体系，充分利用其较浅费米能级的优势，让电子传输与提取变得更加顺畅高效。

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赋能：电极修饰按下效率“加速键”

不仅如此，团队还在电极修饰方面取得了重大突破。他们运用1,3 - 双(3,5 - 二(吡啶 - 3 - 基)苯基)萘（PDINN）对银（Ag）电极进行精细修饰，精准调节其功函数。这一关键操作如同为电池性能的提升按下了“加速键”，使得倒置钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）实现了惊人的飞跃，从12.11%大幅提升至16.47%。

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守护：强键筑牢电池稳定“防线”

值得一提的是，CYS(PbBr₂)中形成的强Pb−S键堪称电池稳定的“守护神”。它就像一层坚固无比的“铠甲”，能够有效稳定CsPbI₃层。一方面，它作为防潮屏障，阻止水分侵入，保护电池内部结构不受破坏；另一方面，它又作为相稳定剂，确保电池在不同环境条件下都能保持稳定的性能。在20%相对湿度下进行的加速老化试验中，目标器件展现出了卓越的稳定性和耐久性，在600小时后仍能保持初始效率的63%，而对照器件在300小时内就出现了明显的性能退化，这一鲜明对比充分证明了该策略的有效性和优越性。

本研究提出的无富勒烯策略，无疑为钙钛矿太阳能电池领域的发展开辟了一条崭新的道路。它不仅有望显著降低叠层器件中的吸收损耗，提高电池的光电转换效率，还为解决清洁能源领域的关键问题提供了新的思路和方法，有望推动整个行业迈向一个新的发展阶段。

文献信息

Organosulfide–Halide Perovskite Heterojunction Enables Electron Transport Layer-Free CsPbI3 Perovskite Solar Cells

Ting Shu、Wenxiao Zhang、Xuemin Guo、Jianhong Xu、Yunjie Mao、Jun Liu、Haobo Yuan、Sheng Fu、Xiaodong Li、Wei Ou-Yang、Junfeng Fang

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c01776