共軛小分子“電荷驅(qū)動器”助力高效鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽能電池

:與傳統(tǒng)硫族量子點(diǎn)材料相比，鹵素鈣鈦礦量子點(diǎn)材料由于其優(yōu)越的光電性質(zhì)，近年來受到研究人員的廣泛關(guān)注。但是由于其量子限域效應(yīng)導(dǎo)致其電荷分離效率較低，從而限制了其太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。近日，加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的楊陽（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)通過引入共軛小分子來提供額外的電荷分離驅(qū)動力，從而減少載流子復(fù)合以實(shí)現(xiàn)高效率的鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽能電池。

在傳統(tǒng)量子點(diǎn)電池領(lǐng)域中，提高電荷分離的策略主要有：設(shè)計合理的核殼結(jié)構(gòu)、表面配體的處理、器件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計等。然而，由于鈣鈦礦材料本身的不穩(wěn)定性，這些傳統(tǒng)策略無法完美的適用于鈣鈦礦量子點(diǎn)材料中。因此楊陽教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出來一種提高鈣鈦礦量子點(diǎn)電荷分離的效率的方法，即利用共軛小分子與鈣鈦礦形成的異質(zhì)界面提供額外的電荷分離驅(qū)動力，從而降低載流子復(fù)合。楊陽團(tuán)隊(duì)將此“電荷驅(qū)動器”應(yīng)用于甲脒鉛碘鈣鈦礦電子點(diǎn)體系中，實(shí)現(xiàn)了12.7%的光電轉(zhuǎn)換效率，這是目前報道的基于甲脒基量子點(diǎn)材料的最高轉(zhuǎn)換效率。

如上圖中所示，楊陽團(tuán)隊(duì)采用之前所報道的層層沉積法制備的甲脒鉛碘鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽能電池器件，其中乙酸乙酯作為去除表面多余配體的反溶劑。共軛小分子ITIC分散在乙酸乙酯中，在去除表面配體的同時，ITIC仍然留在量子點(diǎn)表面與量子點(diǎn)形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，基于此方法制備的太陽能電池的界面掃描電子顯微鏡圖如下圖a所示。由此得到的基于ITIC “電荷驅(qū)動器” 處理的量子點(diǎn)電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比于未處理的量子點(diǎn)電池有著顯著的提升，最高轉(zhuǎn)換效率由10.4%提高到了12.7%，開路電壓由1.03 V提高到了1.10 V，短路電流由14.3 mA cm-2提升到了15.4 mA cm-2，另外填充因子也由原有的70.9%提升到了74.8%。所有的器件均表現(xiàn)出可忽略的遲滯現(xiàn)象。在0.9 V的偏壓下，基于ITIC的量子點(diǎn)器件表現(xiàn)出了12.7%的穩(wěn)定輸出效率。從基于40個器件的統(tǒng)計圖看出，ITIC處理后的器件展現(xiàn)出了很好的重復(fù)性，其平均效率有12.0 ± 0.4%。

這一成果近期發(fā)表在Advanced Materials上，文章的第一作者是UCLA博士研究生薛晶晶和王睿。

原標(biāo)題:共軛小分子“電荷驅(qū)動器”助力高效鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽能電池