基于硫化铅量子点多功能同步优化的
高效稳定钙钛矿太阳电池
背景：
近年来，钙钛矿太阳电池技术实现了飞速发展。然而，一些不可避免的问题仍然阻碍着器件性能与稳定性的进一步提升，同时也延缓了其商业化进程，其中包括由于存在大量缺陷态而导致的低质量电荷传输层在电子迁移率方面的表现不尽如人意，以及器件对太阳光谱的不充分吸收致使钙钛矿太阳电池的性能无法得到进一步提升，同时也造成了开路电压的严重损失，不匹配的能级结构也使得载流子复合的概率大大增加，较差的稳定性也同样是一个不可忽略的重要因素。因此，如何采取一种尽可能简便的方法来同时解决上述问题成为了该研究领域的国际难题。
图一：基于硫化铅量子点的同步优化策略改善了电子传输层，并将其作为器件的近红外吸光层和空穴传输层。该方法表明，优化载流子传输层与能级排列，同时拓宽近红外光谱响应是提高钙钛矿太阳电池光电性能的有效手段
本文介绍
近日，上海交通大学物理与天文学院太阳能研究所沈文忠教授研究组在【Advanced Functional Materials 33, 2213963 (2023)】发表了采用基于硫化铅量子点的多功能同步优化策略实现效率超过23%的高稳定性平面钙钛矿太阳电池。通过自主制备与钙钛矿具有相似结构且吸收系数高、带隙可调、生产成本低的硫化铅量子点，不仅对电子传输层进行缺陷改善，同时以疏水支链为配体的稀土掺杂硫化铅量子点薄膜作为器件的近红外吸收层和空穴传输层，实现了同步优化策略。通过对电子传输层进行缺陷钝化可以有效地促进电荷输运，采用硫化铅量子点薄膜作为近红外光吸收层，拓宽了器件的光谱吸收范围，带隙可调的硫化铅量子点层与钙钛矿层之间的能级匹配也得到了进一步优化，促进空穴的提取与收集。多功能同步优化的策略极大地提升了器件的各项光伏参数，电池的光电转换效率达到23.27%。这是近年来使用硫化铅量子点进行优化的钙钛矿太阳电池的最高效率。优化后的未封装电池可保持长期湿度、光照以及热稳定性。本研究打破了钙钛矿太阳电池近红外光利用的技术瓶颈，为光伏器件及其他光电子器件同步优化提供了可行性方案。同时，也为钙钛矿叠层太阳电池的实验探索奠定了全新的方向，助力“双碳”目标早日实现。
图二：A synchronous optimization strategy is realized via simultaneously introducing PbS QDs into SnO2 electron transport layer and employing Eu:PbS QDs film with hydrophobic chain ligands as the NIR light-absorbing layer and hole transporting layer of devices simultaneously. The successful synchronous optimization greatly elevates all photovoltaic parameters, reaching maximum PCE of 23.27% with lower hysteresis.
来源及鸣谢
相关研究成果以“Multiple Function Synchronous Optimization by PbS Quantum Dots for Highly Stable Planar Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 23%”为题发表在国际知名期刊【Advanced Functional Materials 33, 2213963 (2023)】，该工作得到了国家自然科学基金委重点项目（11834011）的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202213963
