高效PbS量子点太阳能电池去羟基缺陷的初步研究

【作者】 杨晓坤； Jahangeer Khan； 杨霁； 邓辉； 夏勇； 宋海胜；

【机构】 华中科技大学；

【摘要】 硫化铅胶体量子点（PbS-CQDs）以其独特的材料特性备受人们关注^[1],在光伏研究领域占有重要的一席之地。近年来,PbS量子点墨水法被应用到该体系太阳能电池的制备工艺中,该法不仅简化了过去PbS量子点薄膜层层旋涂的制备流程,还刷新了该体系太阳能电池转换效率的世界纪录^[2]。虽然PbS量子点墨水法明显提升了器件性能,但仍然难以完全消除PbS-QDs合成过程中固有缺陷配体——羟基（OH）对器件性能的不利影响[3-5]。本论文采用了一种有效的卤素配体工程策略,即在PbS-PbI₂量子点墨水前驱体溶液中,加入适量的氢碘酸（HI）添加剂用以优化原液相体系中的配体交换过程（见图1a,b）。通过材料表征,我们发现HI的加入,不仅有效抑制了PbS-QDs周围的OH基团,同时向反应体系提供了额外的卤素配体——碘（I）原子,从而增强了QDs表面的钝化效果。我们将所得材料制备成电池器件,发现有氢碘酸加入的（w/HI PbS）QDs电池器件的开路开压、短路电流、填充因子相比对照器件（w/o HI PbS）都有相应提升,器件效率从9.56%提升到10.78%（图1c）。我们进一步对两种器件进行了系列器件物理表征,发现w/HI PbS抑制体内和界面缺陷——减少载流子非辐射复合是其性能提升的主要原因,该法有望解决PbS量子点合成过程中固有OH缺陷基团的问题,从而进一步提高该体系太阳能电池的转化效率。更多还原