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鈣鈦礦太陽能電池具有很高的吸光系數、雙極性電荷傳輸、低帶隙、長載流子擴散長度等優點，而且它的光電轉化效率（PCE）已經高達22%，越來越引起科學家們的研究興趣。這些電池器件中，生產成本低、輕薄的柔性鈣鈦礦太陽能電池具有更廣闊的應用前景。然而它需要的柔性塑料基底只有在150 ℃下才具有很好的穩定性，因此為了能夠成功制備柔性鈣鈦礦電池，科學家們除了要考慮能級、電荷傳輸以及穩定性等常規問題，還要優先考慮材料的彎曲穩定性以及低溫加工的可操作性。其中，電子傳輸層（electron-transport layer，ETL）材料的選擇需要考慮的更加周密，因為目前廣泛應用的無機TiO2（加工溫度 > 450 ℃）和SnO2（加工溫度 > 180 ℃）都無法與柔性塑料基底兼容。雖然有關于室溫加工SnO2的報道，但是制備過程相當繁瑣。因此，開發新型可與柔性基底兼容并具有穩定性的ETL材料是目前科學家們研究的熱點問題。
最近，韓國浦項工科大學（POSTECH）的Taiho Park課題組用0.08 wt%的聚烯丙胺（PAA）溶液沉積到富勒烯C60的表層并在150 ℃反應60 s，合成了一種不溶且穩定的C60-PAA電子傳輸材料。在柔性鈣鈦礦太陽能電池中，600個彎曲循環后，C60-PAA電子傳輸材料仍能保留原始光電轉換效率的83%并且沒有遲滯現象。如果不用PAA修飾，600個彎曲循環后光電轉換效率只能保留65%。
作者先對純C60進行了抗溶劑UV實驗（見圖1），用鈣鈦礦常用的處理液DMF:DMSO（4:1）沖洗后發現，C60的吸收下降了50%。這說明純的C60分子不能很好的吸附到基底上。
圖1. C60在FTO玻璃上被DMF:DMSO（4:1）沖洗前后的UV 吸收。圖片來源：Nano Energy
作者隨后分別用0.04 wt%、0.08 wt%、0.12 wt%、0.16 wt%的PAA在150 ℃下與C60反應，發現如圖2a所示，0.04 wt% PAA仍能被溶劑部分沖洗掉，有46%的吸收降低。而其余三種較高濃度PAA處理后，能保持原有的吸收強度。通過HR-SEM圖像可以看到，只有0.08 wt% PAA處理之后，C60能形成均勻的薄膜。
圖2. C60-PAA在FTO玻璃上被沖洗前后的UV譜圖：（a）C60-PAA (0.04 wt%)， （b）C60-PAA (0.08 wt%)，（c）C60-PAA (0.08 wt%)沖洗前后在HR-SEM下的俯視圖。圖片來源：Nano Energy
作者制備一系列器件，比較表面修飾對C60電子傳輸層性能的影響。通過統計數據發現基于C60的器件表現出了較寬范圍的短路電流密度（Jsc）、開路電壓（Voc）、填充因子（FF）以及PCE參數，這可能就是因為C60層較低的溶劑抵抗力造成的。而基于C60-PAA（0.08 wt%）的器件表現出了良好的可重復性（見圖3）。
圖3. C60和C60-PAA（0.08 wt%）分別做ETL時的J-V曲線。圖片來源：Nano Energy
為了驗證在彎曲應力下器件的機械柔性，作者做了彎曲試驗（如圖4c）。在彎曲半徑為10 mm的條件下，C60-PAA（0.08 wt%） 的器件在600次彎曲循環后，能保持83%的PCE；而基于C60的器件僅能保持65%的PCE，這是因為彎曲后器件的Jsc和FF大幅下降造成的。而C60-PAA的器件在彎曲600次后Jsc仍能保持96%，這說明C60-PAA的ETL能保證器件具有更好的穩定性以及柔韌性。
圖4. （a）正掃和反掃的器件J-V曲線，（b）器件最優效率，（c） 彎曲循環次數與器件效率變化示意圖。圖片來源：Nano Energy
作者還測試了TiO2和C60-PAA分別做ETL時瞬態電流（圖5）。發現當器件被點亮后，TiO2器件在200 μs后才能達到穩定，而C60-PAA的器件僅用了30 μs。此外，在照明突然中止時，C60-PAA器件的電流比TiO2器件的更干脆的降為0。這說明C60-PAA ETL具有更好的電子提取和收取能力。
圖5. TiO2和C60-PAA分別做ETL時器件的瞬態電流測試。圖片來源：Nano Energy
這項工作對于柔性鈣鈦礦太陽能電池實現商業化應用具有重要的意義。雖然能實現較好的彎曲穩定性，但是卻不知道該類ETL在大面積器件制備時是否仍能保持較好的柔性、性能穩定性以及重復性？
Surface modified fullerene electron transport layers for stable and reproducible flexible perovskite solar cells
Nano Energy, 2018, 49, 324–332, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.04.068