Adv. Mater.：高效率倒置結構量子點太陽能電池

【引言】

膠體量子點（QDs）由于其優異的光吸收和發射特性，帶隙可調性和溶液加工性，已經應用于太陽能電池、發光二極管、光電探測器等光電子器件等領域。PbS量子點在紅外區域的強吸收特性使其成為制造全光譜串聯太陽能電池有力的候選者，這是提高太陽能電池效率超過Shockley-Queisser極限的有效策略。基于倒置結構的高效PbS膠體量子點（QD）太陽能電池已經很久沒出現在我們視野中了，主要是由于其 瓶頸是在照明側構建有效的p-n異質結，并且平滑的帶對齊以及沒有嚴重的界面載流子復合。

【成果簡介】

近日，上海科技大學寧志軍助理教授（通訊作者）團隊探討了溶液加工的氧化鎳（NiO）作為p型層和具有碘化物配體的硫化鉛（PbS）量子點作為n型層在光照側建立p-n異質結。通過插入一層以1,2-乙二硫醇作為配體的輕摻雜p型量子點來有效地禁止在界面處的界面載流子復合，實現器件的電壓改善。基于這種梯度器件結構設計，倒置結構異質結PbS量子點太陽能電池的效率提高到9.7％，比以前的最高效率高出一倍。相關成果以題為“Highly Efficient Inverted Structural Quantum Dot Solar Cells”發表在Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 無梯度和梯度的器件對比分析

a,b）a）無梯度和b）梯度倒置QD太陽能電池

c,d）c）無梯度和d）梯度器件的模擬空間能帶圖

e,f）基于e）無梯度和f）梯度結構的Mott-Schottky分析的電容-電壓響應和提取的摻雜密度

圖2 倒置式QD太陽能電池的表征

a）標準AM1.5光照（100mWcm^-2）下的J-V曲線

b）梯度結構裝置的EQE譜

c，d）PEC直方圖，基于同一批次的30個器件進行統計

圖3 器件性能分析

a）兩種器件的V_oc-光強度曲線

b）使用SCAPS軟件對PCE在電子遷移率和陷阱密度方面的理論模擬表明，提高載流子遷移率和降低缺陷密度可以將器件性能增強高達16％

【小結】

該工作設計并制作了以NiO為p型層的倒置結構QD太陽能電池和以碘化物配體為n型活性層的PbS量子點。太陽能電池的效率提高到9.7％，該值與常規器件結構的量子點太陽能電池接近，為提高量子點太陽能電池效率提供了一個新的平臺，并為此提出了串聯太陽能電池。相信界面工程策略的快速提升可以進一步提升器件性能。

文獻鏈接：Highly Efficient Inverted Structural Quantum Dot Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201704882）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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