Adv. Mater.：高效率倒置结构量子点太阳能电池

【引言】

胶体量子点（QDs）由于其优异的光吸收和发射特性，带隙可调性和溶液加工性，已经应用于太阳能电池、发光二极管、光电探测器等光电子器件等领域。PbS量子点在红外区域的强吸收特性使其成为制造全光谱串联太阳能电池有力的候选者，这是提高太阳能电池效率超过Shockley-Queisser极限的有效策略。基于倒置结构的高效PbS胶体量子点（QD）太阳能电池已经很久没出现在我们视野中了，主要是由于其 瓶颈是在照明侧构建有效的p-n异质结，并且平滑的带对齐以及没有严重的界面载流子复合。

【成果简介】

近日，上海滚球体育 大学宁志军助理教授（通讯作者）团队探讨了溶液加工的氧化镍（NiO）作为p型层和具有碘化物配体的硫化铅（PbS）量子点作为n型层在光照侧建立p-n异质结。通过插入一层以1,2-乙二硫醇作为配体的轻掺杂p型量子点来有效地禁止在界面处的界面载流子复合，实现器件的电压改善。基于这种梯度器件结构设计，倒置结构异质结PbS量子点太阳能电池的效率提高到9.7％，比以前的最高效率高出一倍。相关成果以题为“Highly Efficient Inverted Structural Quantum Dot Solar Cells”发表在Advanced Materials上。

【图文导读】

图1 无梯度和梯度的器件对比分析

a,b）a）无梯度和b）梯度倒置QD太阳能电池

c,d）c）无梯度和d）梯度器件的模拟空间能带图

e,f）基于e）无梯度和f）梯度结构的Mott-Schottky分析的电容-电压响应和提取的掺杂密度

图2 倒置式QD太阳能电池的表征

a）标准AM1.5光照（100mWcm^-2）下的J-V曲线

b）梯度结构装置的EQE谱

c，d）PEC直方图，基于同一批次的30个器件进行统计

图3 器件性能分析

a）两种器件的V_oc-光强度曲线

b）使用SCAPS软件对PCE在电子迁移率和陷阱密度方面的理论模拟表明，提高载流子迁移率和降低缺陷密度可以将器件性能增强高达16％

【小结】

该工作设计并制作了以NiO为p型层的倒置结构QD太阳能电池和以碘化物配体为n型活性层的PbS量子点。太阳能电池的效率提高到9.7％，该值与常规器件结构的量子点太阳能电池接近，为提高量子点太阳能电池效率提供了一个新的平台，并为此提出了串联太阳能电池。相信界面工程策略的快速提升可以进一步提升器件性能。

文献链接：Highly Efficient Inverted Structural Quantum Dot Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201704882）

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