综述：基于苝的电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中提高功率转换效率

本综述聚焦钙钛矿太阳能电池（PSCs）中非富勒烯电子传输材料（ETL）的突破性进展，系统评述苝二酰亚胺（PDIs）衍生物如何通过优化开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）和填充因子（FF）提升功率转换效率（PCE至25.6%），并指出其取代基修饰对稳定性的关键作用，为下一代高效稳定PSCs设计提供理论依据。

　　

Abstract

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效率与柔性特性成为研究热点。传统富勒烯衍生物（如PCBM）作为电子传输层（ETL）存在表面陷阱态、电子迁移率低、光热稳定性差及开路电压（V_oc）不足等缺陷。苝二酰亚胺（PDIs）衍生物的出现有效解决了这些问题——其分子结构可调性强，显著抑制电荷复合损失。C3AI衍生物表现出20.3%的功率转换效率（PCE），而PDIs基PSCs最高效率达25.6%，证实其作为ETL材料的巨大潜力。

PDIs的结构优势

PDIs的核心苝环结构赋予其优异的电子亲和性和光热稳定性。通过引入不同取代基（如烷基链或芳香基团），可调控能级排列与薄膜形貌。例如，氰基修饰的PDI-CN显著提升V_oc至1.12 V，归因于其最低未占分子轨道（LUMO）与钙钛矿导带匹配度优化。

性能关键参数

对比多种PDIs衍生物发现：

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  短路电流密度（J_sc）最高达25.1 mA/cm²，源于PDIs的高电子迁移率（>0.1 cm²/V·s）；

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  填充因子（FF）提升至82%，反映界面电荷提取效率改善；

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  热老化测试中，PDI-BO薄膜在85°C下保持90%初始PCE超过500小时，远优于PCBM的200小时。

未来展望

分子工程（如核稠环或三维结构设计）可进一步突破效率瓶颈。同时，开发低成本溶液加工工艺将加速PDIs的商业化应用。