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Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

2018-04-02 16:31
储能科技
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一、Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

近日,苏州大学功能纳米与软物质研究院的马万里教授团队在Advanced Materials上在线发表了题为In Situ Passivation for Efficient PbS Quantum Dot Solar Cells by Precursor Engineering的论文。该论文详细研究了PbS量子点前驱体对于器件性能的影响。作者使用氧化铅和三水合醋酸铅合成了两种PbS量子点,并基于这两种PbS量子点制备了光伏器件。基于PbAc-PbS量子点的器件获得了10.82%的器件效率,第三方认证效率为10.62%。而基于PbO-PbS量子点的器件效率仅为9.39%。为探究器件性能差异的原因,作者通过短路电流、开路电压对光强的依赖关系,瞬态光电压衰减,稳态及瞬态荧光等测试,证明器件性能差异主要由于PbAc-PbS QDs薄膜缺陷态较少。进一步的,作者通过XPS证明,在合成过程中,溶液中的油酸、醋酸和羟基是竞争的表面配体。若溶液中无醋酸,PbS量子点表面将被油酸和羟基覆盖,而羟基在此后的配体交换中无法被取代,并且会导致量子点表面形成缺陷态。而使用三水合醋酸铅作为铅源,引入的醋酸根可以在合成中起到表面配体的作用。由于醋酸根具有比油酸根更小的位阻和更高的结合能,醋酸根可以更好的覆盖PbS量子点表面,并且取代部分表面的羟基。而在后续的配体交换过程中,醋酸根可以被TBAI或EDT交换掉,获得更好的钝化。该工作不仅揭示了初始材料合成对于量子点性质的重要影响,而且提供了通过前驱体调控进一步提高光伏器件性能的新途径。

【图文导读】

Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

(a)器件结构示意图。

(b)PbAc-PbS QDs器件截面的扫描电子显微镜图。

(c)PbS QDs器件的电流电压曲线。

(d)国家光伏质检中心认证的PbAc-PbS QDs器件的J-V曲线。

图2.器件性能及量子点薄膜表征。

Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

(a)器件Jsc和(b) Voc随光照强度变化的依赖关系。

(c) PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs器件的瞬态光电压衰减曲线。

(d)TBAI和EDT处理后的PbS QDs薄膜的稳态荧光谱图。

(e)TBAI和EDT处理后的PbS QDs薄膜的瞬态荧光谱图。

(f)TBAI处理后的PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs薄膜的二维瞬态荧光谱图。

图3. PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs的X射线光电子能谱。

Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

(a)油酸配体、TBAI或EDT处理后的DFAcPb-PbS QDs薄膜的F 1s谱。

(b)TBAI配体交换后的PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs薄膜的I 3d谱图。

(c)TBAI配体交换后的PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs薄膜中的碘铅元素比。

(d) TBAI和(e)EDT配体交换后的PbO-PbS QDs和PbAc-PbS QDs薄膜中的O 1s谱。

图4. PbS量子点合成时、TBAI或EDT处理后的111晶面配体变化示意图。

Adv. Mater.:通过前驱体调控的原位钝化获得高效PbS量子点太阳能电池

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