为什么无金属富勒烯C60对于达到33.33%钙钛矿效率阈值至关重要

2026年报道的一种钙钛矿-硅叠层太阳能电池，在约1 cm²的有效面积上实现了33.33%的实测功率转换效率和32.89%的认证效率。该结果在技术上具有重要意义，但其成因必须准确描述。其主要创新并非新展示的“无金属”等级。 富勒烯C60. 而是一种针对工业级织构化硅底电池尖锐金字塔峰顶设计的峰值选择性钝化策略，旨在抑制该处的漏电现象。.^[1]

C60仍可能在钙钛矿顶电池叠层中形成重要的电子传输接触层，如同其在许多倒置钙钛矿及钙钛矿-硅叠层结构中所起的作用。然而，高效器件中存在C60，并不意味着仅凭C60纯度就能产生该效率结果。已发表的记录也并未证明完全无金属的C60是实现33%效率的先决条件。.

这一区分对于研究人员和光伏材料团队至关重要。它使得该结果能够为C60的品控提供参考，而无需将一项器件层面的界面工程研究转化为一项未经支持的原材料声明。正确的问题并非供应商能否为其C60产品贴上“无金属”标签，而是哪些C60属性会影响沉积、界面质量和工艺可重复性，以及需要哪些分析证据来评估这些属性。.

关键要点

• 这项获得32.89%认证效率的叠层结果，主要是通过选择性Al₂O₃钝化易漏电的硅金字塔峰顶实现的，而非通过一种已证实的无金属C60配方。.
• C60在许多p-i-n叠层结构中仍然重要，因为它能形成电子选择性接触，但钙钛矿/C60界面也可能引入非辐射复合损耗。.
• C60源材料的质量应通过与应用相关的纯度、氧含量控制、蒸发行为及器件可重复性来评估，而非基于未经支持的“零金属”声明。.

33.33%叠层电池研究报告了什么

这项2026年发表于 《Matter》, 的研究，解决了在工业级纹理化硅底电池上制备钙钛矿顶电池时发现的一个几何与电学问题。商用晶体硅表面通常通过微观金字塔进行纹理化以提升光学性能。这些结构有利于光管理，但其高曲率峰顶使得上层功能层的均匀沉积变得困难。.

如果钙钛矿层和传输层在金字塔峰顶周围变得过薄或不连续，该区域可能会产生增强的局部电场或形成漏电路径。即使器件其余部分成型良好，少量此类薄弱点也会降低填充因子、降低有效电压并加速局部退化。.

为解决此问题，研究团队开发了一种峰值选择性钝化策略。他们使用聚苯乙烯纳米球作为自对准模板，从而能够在金字塔尖顶区域选择性地沉积一层薄薄的氧化铝。移除模板后，Al₂O₃保留在最易发生漏电的位置。.

最终器件在约1 cm²的有效面积上达到了33.33%的实测效率和32.89%的认证效率。作者还报告称，在规定的测试条件下连续运行1000小时后，该器件仍保持了约90%的初始效率。.^[1][2]

这些数据应连同其限定条件一起被引用。实测值与认证值不同，两者都不应被描述为通用的33.33%阈值。在该机构宣布时，已有更高的钙钛矿-硅叠层记录被报道，因此该论文的意义在于其器件架构、与工业纹理的兼容性以及漏电控制策略，而非确立一个新的最低效率要求。.^[2]

该研究未就C60证明什么

该研究不支持“完全无金属的C60是达到所报道效率的原因”这一说法。其核心实验变量是硅金字塔峰顶的选择性Al₂O₃钝化。公开的摘要和机构描述并未将C60元素纯度确定为效率提升的机制。.

这并不意味着C60质量无关紧要。而是意味着证据必须归因于器件中正确的层级。.

一个叠层电池包含许多耦合组件：硅底电池、复合结、空穴选择性接触层、宽带隙钙钛矿吸收层、钝化层、电子选择性接触层、透明电极、光学层和金属接触层。性能变化可能源于其中任何一个组件或它们的相互作用。当一项研究修改一个结构特征并尽可能保持其余工艺不变时，所展示的效果主要归属于该被修改的特征。.

因此，在没有直接证据的情况下推断以下链条在科学上是无效的：

该器件使用了C60；该器件达到了超过33%的效率；因此该C60必须完全无金属；因此完全无金属的C60是所有超过33%效率器件的必要条件。.

每一步都引入了未经支持的假设。一篇经得起推敲的文章应将已发表的器件结果与关于C60源材料质量的更广泛证据区分开来。.

C60在钙钛矿-硅叠层器件中的位置

在许多单片钙钛矿-硅叠层电池中，钙钛矿顶电池采用倒置或p-i-n结构。从钙钛矿子电池的底部开始，简化的叠层可包括空穴选择性层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲或保护层以及透明导电电极。.

C60在此类器件中被广泛用作电子传输层。它具有电子受体特性、合适的电子传输性能以及能够支持电子提取同时阻挡空穴的能级。热蒸发还可以在不使底层钙钛矿暴露于液体溶剂的情况下形成薄的C60层。.

这些优势解释了为何在同行评审研究中，热蒸发的C60被描述为最先进的p-i-n钙钛矿基太阳能电池中近乎普遍存在的电子传输层。.^[3]

然而，电子传输层并非独立运作。其性能取决于：

• 钙钛矿的表面化学性质和缺陷密度；;
• 界面处的能级对齐；;
• 沉积C60薄膜的连续性和厚度；;
• 钝化层或缓冲层的存在；;
• 热和真空沉积条件；;
• 运行期间的离子迁移；;
• 后续的电极叠层。.

关于该材料功能的更深入探讨，请参阅 钙钛矿-硅叠层太阳能电池中的C60电子传输层.

钙钛矿/C60界面有用但并非无损耗

不应将C60描述为能自动钝化所有钙钛矿表面或消除所有电荷复合路径。该界面可以支持电子提取，但也可能成为电压损耗的主要来源。.

对倒置钙钛矿电池的研究表明，非辐射复合经常发生在钙钛矿/C60界面。提出的影响因素包括界面缺陷、不利的局部能级对齐、电荷转移态、化学相互作用和离子积累。.^[4]

一项2025年关于钙钛矿-硅叠层电池的研究报告称，在未经处理或未完全钝化的钙钛矿表面沉积C60后，出现了显著的准费米能级分裂损耗。研究人员使用双层AlO_x/PDAI₂ 界面处理减少了这些损耗，证明了C60周围界面的质量可能与C60本身的存在同样重要。.^[5]

这一观察结果改变了在高效器件中讨论C60的方式。C60并非独立的效率添加剂。它是工程化电子选择性接触层的一个组成部分。其贡献只能结合钙钛矿表面处理、中间层、沉积条件和完整的能量损耗预算来理解。.

为什么C60源材料质量仍然重要

尽管这项获得32.89%认证效率的峰值钝化研究并未确立无金属要求，但独立研究确实表明C60源材料质量会影响重复热蒸发和器件可重复性。.

在一项2024年 《Nature Communications》 在该研究中，研究人员对比了商业采购的C60与进一步升华提纯后的材料。原始采购的C60在重复蒸发过程中可能发生团聚，而额外升华处理则减少了这一现象。研究将这种团聚与初始材料中的氧含量相关联。 C60粉末 并将其与重复加工过程中深能级缺陷的产生及器件性能的下降联系起来。.^[3]

使用进一步纯化的C60，研究人员在八次重复蒸发过程中获得了可重复的钙钛矿-硅叠层性能。其中一个器件实现了30.9%的认证效率。这是强有力的证据，表明源材料制备和重复使用行为在热蒸发工艺流程中可能很重要。.

但这并非证据表明单一的HPLC数值就能保证器件性能。也并非证据表明所有不良行为都是由过渡金属引起的。在那项研究中，与氧相关的源材料行为和升华提纯是结果的核心。.

因此，材料品控问题应从“C60是否无金属？”扩展为：

• 所报道的C60纯度的色谱定义是什么？
• 该材料是否已针对热蒸发进行纯化或预处理？
• 在预期的循环次数内，它是否表现出稳定的蒸发行为？
• 是否监测含氧物种或其他源材料的变化？
• 沉积薄膜是否保持均匀且电学性能一致？
• 在受控工艺条件下，同一批次是否能产出可重复的器件结果？

该网站指南 C60 HPLC纯度分析的专用指南 解释了为何色谱纯度仅能部分解决这一资质认定问题。.

痕量金属含量在C60电子传输层中是否重要？

元素杂质在电子材料中可能至关重要，但其影响必须通过适当的分析和器件证据来确定。不同元素、化学形态、粒径和浓度可能表现各异。溶解的离子态物质不等同于嵌入的无机颗粒，表面污染物也不一定等同于分布在整个源粉末中的杂质。.

潜在问题可能包括：

• 产生电子陷阱态；;
• 改变薄膜成核或形貌；;
• 改变蒸发残留物；;
• 非预期的氧化还原或界面反应；;
• 不同沉积循环间的差异；;
• 真空设备污染。.

这些都是控制元素杂质的合理理由。但这并不能证明，任何可检测到的镍、钴、铁或铜含量会自动阻止叠层电池达到33%的效率。.

一个有意义的低金属规格应明确元素种类、分析技术、样品制备方法、单位及报告限值。ICP-MS或ICP-OES可用于特定元素的测量，但结果必须与实际批次相关联。基于燃烧或名义上无催化剂的合成路线本身并不能证明最终粉末不含痕量金属。.

因此，应避免使用“零金属”、“完全无金属”和“本质上不含重金属”等绝对化表述，除非将其改写为有边界的工艺声明或特定批次的分析结果。.

HPLC纯度与元素纯度是不同的规格

高效液相色谱法可在既定方法下分离并定量色谱可检测的富勒烯物种。它对于评估C60相对于C70、高级富勒烯及某些有机富勒烯相关杂质非常有用。.

它通常不能定量总元素杂质。一个经HPLC面积法描述为99.95%的样品，仍可能含有以下物质：

• 不溶于HPLC样品溶剂；;
• 被过滤去除；;
• 在所选检测器波长下无明显吸收；;
• 与C60共洗脱；;
• 具有挥发性，在样品制备过程中损失；;
• 为无机物，无法通过色谱计算表征。.

对于光伏材料评估，不同的问题可能需要不同的方法：

问题	可能的分析方法
C60是否是主要的色谱可检测富勒烯？	采用合适色谱柱、检测器和计算方法的HPLC
样品是否具有预期的分子身份？	质谱法及互补光谱法
所选元素是否超过规定限值？	ICP-MS、ICP-OES或其他经验证的元素分析方法
是否存在挥发性工艺溶剂？	顶空气相色谱或气相色谱-质谱联用
源材料在加热和蒸发过程中是否表现一致？	热分析、蒸发试验、源残留物检查及薄膜表征
该材料是否支持可重复的器件性能？	跨批次及重复蒸发循环的受控器件制造

任何单一结果都不应被推广到其实际测量的属性之外。.

“高纯度C60”对叠层电池开发应意味着什么

对于钙钛矿光伏研究，“高纯度C60”最有效的定义是将其视为一个多维度的材料定义，而非单一的百分比。.

色谱组成

HPLC方法应分离与目标规格相关的富勒烯组分。报告应说明该百分比代表面积归一化、校准测定还是其他计算方法。.

热蒸发适用性

用于热蒸发的源材料应在实际温度、真空和重复使用条件下进行评估。仅凭粉末外观无法预测材料是否会结块、形成残留物、改变成分或产生一致的沉积速率。.

元素杂质控制

如果特定金属与器件工艺相关，则应明确其种类并进行测量。若无元素、单位、方法和限值，“无金属残留”并非一个完整的规格。.

氧气与储存历史

将含氧源材料与重复蒸发行为关联起来的证据使得储存和处理变得重要。包装应限制与已确定的材料敏感性相适应的非受控暴露，但具体的储存要求应基于稳定性或工艺数据，而非通用性描述。.

批次间重现性

单一高性能批次并不能证明制造一致性。研发和放大团队应比较多个批次的沉积速率、源残留、薄膜形貌、电学性能及器件指标。.

如何为高效叠层项目鉴定C60

一个实用的鉴定项目应从器件工艺及其可能的失效模式开始。.

定义沉积工艺

明确C60将通过热蒸发、溶液沉积还是其他方法集成。适用于溶液研究的等级并不自动具备重复真空蒸发的资质。.

定义相关材料属性

识别最可能影响项目的变量：富勒烯组成、挥发性残留物、与氧相关的源行为、特定金属、湿气暴露、热残留物、颗粒污染或批次变异性。.

审查分析方法，而不仅仅是报告值

99.95%的纯度值应附带其方法和计算依据。元素分析结果应标明所测元素及报告限。诸如“未检出”的陈述绝不应在未提供检出限或定量限的情况下进行解读。.

进行重复蒸发试验

对于将被重复使用的源，应检查数个连续循环。监测沉积速率、源形貌、残留物、薄膜均匀性及器件性能，而非仅依赖单个首次循环的结果。.

区分原材料效应与界面工程效应

采用受控的器件对比。当改变中间层、钝化处理或衬底纹理时，尽可能保持相同的C60批次。当更换C60批次时，保持界面处理及沉积工艺不变。这可以防止由某一变量引起的改进被错误地归因于另一变量。.

32.89%效率研究应如何指导C60买家

峰值选择性钝化研究为C60用户提供了三个有用的经验教训，尽管它并未证明无金属的必要性。.

首先，高效叠层性能取决于局部界面质量。薄区域、尖锐特征及不完整覆盖可能主导器件损耗。标称的材料纯度百分比无法弥补有缺陷的几何结构或设计不良的接触。.

其次，工业相关衬底带来的挑战与平坦的实验室衬底不同。材料鉴定最终必须在预期的纹理、面积和沉积工艺中进行。.

第三，C60应作为完整电子选择性界面的一部分进行评估。源质量、钙钛矿钝化、薄膜连续性、能级匹配及上电极工艺均对最终结果有贡献。.

对于从探索性电池向可重复叠层制造过渡的团队，The Fullerene可支持对以下方面的评估： 富勒烯C60等级 用于研究和电子材料工作流程。XCT应仅根据特定材料的可用文档呈现批次纯度、元素分析结果及工艺适用性。.

讨论钙钛矿ETL工艺对C60的要求

常见问题解答：C60与33.3%效率钙钛矿-硅叠层电池

无金属C60是否实现了33.33%效率的钙钛矿-硅叠层结果？

已发表的研究并未确立该结论。其核心创新在于对工业织构化硅底电池上易漏电的金字塔峰进行选择性Al₂O₃钝化。C60可能是电子传输叠层的一部分，但所报告的效率提升并未被证明是无金属C60的结果。.

该叠层电池的认证效率是多少？

该研究报告了有效面积约为1 cm²的器件测量效率为33.33%，认证效率为32.89%。这两个数值不应被视为可互换。.

为什么在钙钛矿-硅叠层太阳能电池中使用C60？

C60广泛用作倒置钙钛矿结构中的电子传输层，因为它能够支持电子提取和空穴阻挡，并可通过热蒸发沉积为薄膜。其性能取决于钙钛矿/C60界面及周围的器件层。.

更高的HPLC纯度是否能保证更高的叠层电池效率？

不能。HPLC纯度描述的是在特定方法下色谱检测到的组分。器件效率还取决于源蒸发行为、界面钝化、薄膜形貌、衬底纹理、能级匹配、电极及完整的制造工艺。.

无催化剂的生产路线能否证明C60不含痕量金属？

不能。不有意使用金属催化剂的路线可以减少一种可能的污染源，但如果需要元素规格，则必须对最终材料进行测试。结果应标明所测元素、方法、单位及报告限。.

对于重复热蒸发，哪些C60数据最为相关？

相关信息可能包括色谱方法、纯化历史、选定的元素分析结果、挥发性残留物、储存条件、热行为、源聚集或残留物、沉积一致性以及多次蒸发循环中的器件性能。.

参考文献

1. Yang, W. 等. “Selective Passivation of Pyramid Peaks for 32.9%-Efficient Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells.”《Matter》, 2026, 文章编号 102824. DOI: 10.1016/j.matt.2026.102824.” 《Matter》, 出版商记录. 中国科学院. “New Passivation Strategy Boosts Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell Performance.” 2026年5月22日..
2. 机构研究发布. Said, A. A. 等. “Sublimed C60 for Efficient and Repeatable Perovskite-Based Solar Cells.”《Joule》, 2024..
3. 全文文章“ 《Nature Communications》, 2024, 15, 337. Ye, F. 等. “Identification of the Cause of Nonradiative Recombination at the Perovskite/C60 Interface in Inverted Perovskite Solar Cells.”《Joule》, 2024..
4. Fang, L. 等. “Interfacial Design Strategies for Stable and High-Efficiency Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells.”《Joule》, 2024.” 《Nature Communications》, 2022. Ye, F. 等. “Identification of the Cause of Nonradiative Recombination at the Perovskite/C60 Interface in Inverted Perovskite Solar Cells.”《Joule》, 2024..
5. Artuk, K. 等. “60 cm² Perovskite–Silicon Tandem Solar Cells with an Industrially Compatible Device Architecture.”《Joule》, 2024.” 《Nature Communications》, 2025. Ye, F. 等. “Identification of the Cause of Nonradiative Recombination at the Perovskite/C60 Interface in Inverted Perovskite Solar Cells.”《Joule》, 2024..
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7. The Fullerene. “C60 Electron Transport Layer in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells.” 技术说明.” 《Nature Communications》, 2025. Ye, F. 等. “Identification of the Cause of Nonradiative Recombination at the Perovskite/C60 Interface in Inverted Perovskite Solar Cells.”《Joule》, 2024..
8. The Fullerene. “C60 Electron Transport Layer in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells.” 技术指南.
9. 富勒烯。“C60 HPLC纯度分析：如何解读富勒烯色谱图。” 分析指南.