基于甲胺铅碘/甲脒铅碘（MA/FAPbI3）的钙钛矿太阳能电池，光电转换效率（PCE）已经突破20%的门槛，是目前发展速度惊人且前景看好的光伏技术。然而由于钙钛矿器件稳定性较差，距离工业化应用还有很大距离。为了提高效率，科学家引入各种各样的电子传输材料（ETL）例如共轭N-型聚合物、氧化锌、PDI以及富勒烯等。其中，富勒烯类应用最为广泛，并且以苯基C61丁酸甲酯（[60]PCBM）做电子传输材料的器件中没有表现出迟滞现象，并且也都取得了非常不错的器件效率（10%~17%）。然而，这种器件工作时会发生退化现象，最近研究表明这种退化的原因是钙钛矿材料与金属顶电极之间的化学作用。
最近俄罗斯科学院的Pavel A. Troshin教授课题组研究了电子传输材料对倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池器件稳定性的影响，并通过飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）深度剖面图揭示MAPbI3分解的挥发物通过[60]PCBM层扩散到顶金属电极，从而引起严重腐蚀，形成AgI层。
图1. （a）钙钛矿太阳能电池结构示意图；（b）J-V曲线；（c）[60]PCBM 和PDI-EH做电子传输材料时器件的外量子效率。图片来源：Adv. Energy Mater.
为了作为对比，作者选用[60]PCBM和PDI-EH（图1a）做电子传输材料，分别制备器件，并且均得到10%的器件效率（表1）。从J-V曲线（图1b）可以看出，[60]PCBM的器件获得较高的开路电压（Voc）和填充因子（FF），PDI-EH的器件获得较高的短路电流密度（Jsc）和外量子效率（EQE）。从数据分析可以看出PDI-EH是一种比[60]PCBM更好的电子传输材料。
表1. 钙钛矿太阳能电池器件的光伏数据。图片来源：Adv. Energy Mater.
作者分别测试了倒装钙钛矿器件在室内外的器件稳定性。在实验室内[60]PCBM做电子传输材料的倒装钙钛矿太阳能电池器件在30 h时只能保留最初效率的10%，到120 h时效率基本为零；而PDI-EH器件在30 h时能保留最初效率的97%，到120 h时仍能保持72%（图2a）。暴露在太阳光下，稳定性的变化趋势也十分类似（图2b）。因此作者认为[60]PCBM是造成器件退化的主要原因。
图2. [60]PCBM 和PDI-EH做电子传输材料的倒装钙钛矿太阳能电池在（a）实验室室内以及（b）室外光照条件下的器件效率稳定性。图片来源：Adv. Energy Mater.
那么[60]PCBM是如何造成器件退化的呢？作者通过高效液相色谱-质谱技术在MAPbI3/[60]PCBM界面没有找到效率退化的原因，并通过[70]PCBM排除了光诱导可逆二聚体的影响。接着作者通过TOF-SIMS发现钙钛矿层逐渐发生收缩，而[60]PCBM层成比例的发生扩展，因此得出MAPbI3中易挥发物质逐渐聚集到[60]PCBM层。而相对的，MAPbI3和PDI-EH层之间没有发现有明显变化（图3）。
图3. TOF-SIMS深度剖面图。图片来源：Adv. Energy Mater.
随着老化时间的增加，各层之间的厚度变化可以直观看出（图4a），钙钛矿层不管有无覆盖都会随着老化而收缩，其中非覆盖区域变化更加明显，这表明[60]PCBM层和/或银接触略微保护了器件。银界面的拓宽表明[60]PCBM器件导致了Ag/电子传输层界面处发生混合和/或形貌变化（图4b）。降解通路也由XRD确认，随着老化时间的延长，PbI2相的累积出现增加，MAI残留物会嵌入[60]PCBM结构，而碘化银会明显出现（图4c）。
图4. [60]PCBM作ETL时所观察到的变化。图片来源：Adv. Energy Mater.
——小结——
俄罗斯科学家的结果表明[60]PCBM作为电子传输材料通过吸收甲胺碘会促进MAPbI3在光照下的降解，也会促进产生其他降解产物。这一研究从本质上解释了[60]PCBM作为电子传输材料的钙钛矿太阳能电池器件退化的原因，对于提高器件稳定性以及开发新型电子传输材料来说都具有重要意义。
