“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。
01 导读
近日华侨大学发光材料与信息显示研究院、材料科学与工程学院田成波副教授和魏展画教授设计合成了顺反异构吡咯烷富勒烯并用于制备锡基钙钛矿太阳能电池，最终实现了超过15%的光电转化效率(已通过第三方权威认证)。相关成果以“Efficient tin-based perovskite solar cells with trans-isomeric fulleropyrrolidine additives”为题于2024年1月29日发表在Nature Photonics上。
2024 | 前沿进展
02 研究背景
近十几年来，随着化石能源的不断消耗，钙钛矿等新型太阳能电池得到了快速的发展。其中，锡基钙钛矿太阳能电池因其低毒性和高理论转换效率引起了学术界和产业界的广泛关注。但是结晶不可控、能级不匹配以及二价锡易氧化等缺点限制了锡基钙钛矿太阳能电池的进一步发展。
03 研究创新点
如图1所示，该课题组设计合成了具有顺反异构的吡咯烷富勒烯衍生物CPPF和TPPF，它们不同的空间构型极大地影响其与钙钛矿组分的相互作用。与CPPF相比，TPPF上空间距离更远的吡啶基团可以通过配位键捕获更多的钙钛矿胶束粒子，从而实现了对钙钛矿结晶动力学的精细调控。此外，TPPF的使用可改变钙钛矿的能带位置，提升其与电子传输层的能级匹配程度。最终基于TPPF的锡基钙钛矿太阳能电池实现了首个超过15%的光电转化效率，也展现出良好的工况稳定性。
图1 a CPPF和TPPF的分子结构。b锡基钙钛矿电池的J-V曲线。c 已报道的锡基钙钛矿太阳能电池效率统计。d 锡基钙钛矿太阳能电池在氮气中的储存稳定性。e 未封装锡基钙钛矿太阳能电池的工况稳定性。f 锡基钙钛矿太阳能电池的第三方认证效率(15.14%)
04 总结与展望
本研究利用富勒烯异构效应使锡基钙钛矿太阳能电池首次实现了超过15%(经第三方认证)的光电转化效率。该成果将极大地增加学术界和产业界对锡基钙钛矿太阳能电池的研发信心，对于锡基钙钛矿太阳能电池的发展具有深远的影响。
该工作第一作者为华侨大学发光材料与信息显示研究院、材料科学与工程学院博士生陈静甫，通讯作者为田成波副教授、魏展画教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金和华侨大学科学研究基金的大力支持。
