钙钛矿太阳能电池电子传输层材料选用指南
2026-08-17 · 应用介绍 · 百灵威授权转载
电子传输层（ETL）是钙钛矿太阳能电池中负责抽取和传输光生电子、阻挡空穴的关键功能层，其材料选择直接影响器件的填充因子、短路电流及长期稳定性。ETL需要与钙钛矿活性层能带匹配且接触优良，以降低电子传输势垒。目前主流的电子传输材料可分为富勒烯及其衍生物、金属氧化物纳米材料（SnO₂、ZnO等）、有机小分子/聚合物电子传输材料三大类。正式（n-i-p）结构主要采用TiO₂、SnO₂、ZnO等金属氧化物，而反式（p-i-n）结构则更倾向于选择富勒烯及衍生物等有机材料。本文将从这三大类别出发，系统梳理各材料的选择时机与核心产品，为钙钛矿光伏研发提供一站式选型参考。
电子传输材料三大类别选型总览
| 材料类别 | 材料类型 | 适用器件结构 | 推荐工艺 | 选择时机 |
|---|---|---|---|---|
| 富勒烯及其衍生物 | 有机小分子 | 反式(p-i-n) | 蒸镀/旋涂 | 需要高电子迁移率、能级匹配良好的ETL时；C₆₀是蒸镀法反式结构的基准材料；PCBM适用于溶液法柔性器件 |
| 金属氧化物纳米材料 | 无机 | 正式(n-i-p)/反式(p-i-n) | 旋涂/刮涂 | 需要低温加工、高稳定性、优良能级对准和大面积均匀性时；SnO₂是正式结构的主流选择，ZnO适用于柔性衬底 |
| 有机小分子/聚合物ETL | 有机 | 反式(p-i-n) | 旋涂/蒸镀 | 需要界面修饰、能级调节或作为金属氧化物与钙钛矿之间的缓冲层时；BCP是经典的空穴阻挡层材料 |
各材料类别适用场景与产品清单
1. 富勒烯及其衍生物
富勒烯C₆₀以其优异的电子传输能力成为反式钙钛矿电池中的基准材料，但高温真空蒸镀的工艺要求增加了制备复杂性。PCBM作为可溶液加工的富勒烯衍生物，为柔性器件和溶液法工艺提供了更多可能。C₇₀及高碳富勒烯（C₇₆、C₇₈、C₈₄）可通过调节能级和光吸收特性进一步优化器件性能。PC₆₁BM是经典的溶液法ETL材料，Bis-PC₆₀BM等衍生物则用于调控薄膜形貌和电子迁移率。
选择时机：采用反式(p-i-n)结构时；需要蒸镀法制备超薄、致密ETL时（C₆₀）；需要溶液法加工、适用于柔性衬底时（PCBM）；需要调节ETL能级或优化薄膜形貌时（C₇₀、PC₆₁BM衍生物）。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Fullerene C60, 99.9% 富勒烯 C60 | 99685-96-8 | 940919促 |
| Fullerene C60, 99.5% 富勒烯 C60 | 99685-96-8 | 371111 |
| Fullerene C60, 99.5%, Must be stored in a glove box 富勒烯 C60 | 99685-96-8 | 954077 |
| Fullerene C60, 98% 富勒烯 C60 | 99685-96-8 | 966237 |
| Fullerene - C₆₀, 99.9+% (Buckminsterfullerene) 富勒烯C60 | 99685-96-8 | 06-0602 |
| Fullerene C70, 99% 富勒烯 C70 | 115383-22-7 | 112059 |
| Fullerene C70, 98% 富勒烯 C70 | 115383-22-7 | 954069 |
| Fullerene - C₇₀, min. 99% 富勒烯-C70 | 115383-22-7 | 06-0603 |
| Fullerene - C₇₆, 99.9% 富勒烯 - C76 | 135113-15-4 | 06-0527 |
| Fullerene - C₈₄, min. 95% 富勒烯 - C84 | 135113-16-5 | 06-0507 |
| Fullerite, C60/C70 mixture，C60~78%；C70~17%，High carbon fullerene~5% 富勒石 | 131159-39-2 | 962943 |
| Methyl [6,6]-phenyl-C61-butyrate, 99.5%, for perovskite solar cell [6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯 | 160848-22-6 | 789343 |
| Bis-PC61BM, mixture of isomers Bis-PC60BM, mixture of isomers | 1048679-01-1 | OS0226-2 |
| 3'H-Cyclopropa[1,9][5,6]fullerene-C60-Ih-3'-butanoic acid-3'-phenyl-2-[[[2-(dimethylamino)ethyl]methylamino]ethyl ester, 95% 3'H-环丙[1,9][5,6]富勒烯-C60-Ih-3'-丁酸-3'-苯基-2-[[[2-(二甲基氨基)乙基]甲基氨基]乙酯 | 1478675-82-9 | 2667615 |
| PC61BM [6，6]-苯基C61丁酸甲酯 | 160848-22-6 | 305006-1G |
2. 金属氧化物纳米材料（SnO₂ / ZnO）
SnO₂纳米颗粒墨水以低温溶液加工、优异的能级匹配（导带底约-4.5 eV）和高电子迁移率，在正式和反式结构中均被广泛应用。百灵威提供多种粒径（3-6 nm、6-10 nm）和分散体系（水分散液、有机溶剂分散液）的SnO₂墨水，适配旋涂、刮涂等不同制膜工艺。ZnO纳米颗粒则以其良好的透光性和可调的能级，适用于柔性衬底和低温工艺。ZnO浆料提供多种浓度和溶剂体系（乙二醇/甲醇溶液、正丁醇溶液等），满足不同成膜需求。
选择时机：采用正式(n-i-p)结构时（SnO₂）；需要低温溶液加工、高透光率、优良能级对准时；制备大面积器件或柔性器件时（ZnO）；需要特定粒径和分散体系适配不同涂布工艺时。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Stannic oxide, 99%, particle size 3 - 6 nm, 10 mg/ml, Solvent: n-Butyl acetate 二氧化锡纳米粒子墨水 | 18282-10-5 | 945925 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 5% in H2O colloidal dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 911753 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 3% organic solvent dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 908545 |
| SnO2 Nanoparticles, 6-10nm, 5% in H2O colloidal dispersion, prime grade 优级纳米二氧化锡 | 18282-10-5 | 911321 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 2.5% organic solvent dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 926676 |
| Zinc oxide paste, 30wt.% solution in ethylene glycol/MeOH(1:1), ZnO particle size: 4-10 nm 氧化锌浆料 | 1314-13-2 | 961949 |
| Zinc oxide paste, particle size: 40 - 80 nm 氧化锌浆料 | 1314-13-2 | 948734 |
| Nano zinc oxide n-butanol solution, 20 mg/mL, ZnO particle size: 4 - 10 nm 纳米氧化锌正丁醇溶液 | 1314-13-2 | 953653 |
| Nano zinc oxide aqueous solution, 20 mg/mL, ZnO particle size: 4 - 10 nm 纳米氧化锌水溶液 | 1314-13-2 | 900389 |
3. 有机小分子/聚合物电子传输材料
浴铜灵（BCP）是反式结构中最经典的空穴阻挡层材料，通常作为C₆₀与电极之间的界面层，可有效阻挡空穴并改善电子注入。2,9-二(萘-2-基)-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉等菲咯啉类衍生物则通过分子结构修饰实现能级调节和界面优化。此外，钛酸酯类化合物（如钛酸四异丙酯、四正丁醇钛）可作为TiO₂电子传输层的前驱体，通过溶胶-凝胶法或水热法原位制备TiO₂薄膜。
选择时机：需要在富勒烯ETL与电极之间插入空穴阻挡层时（BCP）；需要通过溶液法或蒸镀法引入有机界面修饰层时；需要以钛酸酯为前驱体原位制备TiO₂电子传输层时。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Bathocuproine, 99%, Must be stored in a glove box 浴铜灵 | 4733-39-5 | 948372 |
| 2,9-Di(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 97% 2,9-二(萘-2-基)-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉 | 1174006-43-9 | 1419045 |
| Titanium(IV) isopropoxide, 98% 钛酸四异丙酯(IV) | 546-68-9 | 162947 危化品 |
| Titanium(IV) n-butoxide, 99% 四正丁醇钛(IV) | 5593-70-4 | 257675 |
| Titanium(IV) chloride, 99%, J&KSeal 氯化钛(IV) | 7550-45-0 | 992109 危化品 |
| Titanium(IV) oxide, 99% 二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 917360 |
4. 电子传输层添加剂
离子液体（如1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐）可用于SnO₂或ZnO电子传输层的界面修饰，优化能级排列、减少界面复合。有机胺盐类添加剂（如吡咯烷氢溴酸盐、1,4-苯二胺二氢碘化物）则可作为钙钛矿与ETL之间的界面钝化层，提升器件稳定性和开路电压。
选择时机：需要优化ETL/钙钛矿界面能级排列、减少界面复合时；需要对SnO₂或ZnO表面进行钝化处理时；需要提升器件开路电压和填充因子时。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 99% 1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 | 143314-16-3 | 191819 |
| 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 99% 1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 | 174501-65-6 | 200836 |
| Pyrrolidine hydrobromide, 98% 吡咯烷氢溴酸盐 | 55810-80-5 | 2451200 |
| PDADI, 99%, Must be stored in a glove box 1,4-苯二胺二氢碘化物 | 116469-02-4 | 2749539 |
| Sodium citrate, 99%, reagent grade, anhydrous 柠檬酸钠 | 68-04-2 | 439754 |
| Aluminum chloride, 99%, trace metals basis 三氯化铝 | 7446-70-0 | 290063 危化品 |
5. 配套超干溶剂
SnO₂/ZnO纳米颗粒墨水的稀释与分散、PCBM及BCP等有机ETL材料的溶液配制均对溶剂品质有极高要求。微量水分会导致纳米颗粒团聚、薄膜缺陷或成膜均匀性下降。百灵威J&KSeal超干溶剂水分严格控制在50 ppm以下（部分≤10 ppm），双层密封瓶盖设计确保开盖多次仍保持低水分，是钙钛矿ETL制备的理想选择。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Chlorobenzene, 99.8%, SuperDry, water≤50 ppm, J&KSeal 氯苯 | 108-90-7 | 907428促 危化品 |
| Isopropanol, 99.5%, SuperDry, Water≤50 ppm, J&KSeal 异丙醇 | 67-63-0 | 971509促 危化品 |
| Ethanol, 99.5%, SuperDry, water≤50 ppm, J&KSeal 乙醇 | 64-17-5 | 954068促 危化品 |
| Dimethyl sulfoxide, 99.7%, SuperDry, with molecular sieves, water≤50 ppm, J&KSeal 二甲基亚砜 | 67-68-5 | 292271促 |
| Acetonitrile, 99.9%, SuperDry, water≤30 ppm, J&Kseal 乙腈 | 75-05-8 | 909376促 危化品 |
| N,N-Dimethylformamide, 99.8%, SuperDry, with molecular sieves, Water≤50 ppm, J&KSeal N,N-二甲基甲酰胺 | 68-12-2 | 983353促 危化品 |
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