高效率窄带隙PbSe量子点红外太阳能电池研究

【作者】 刘思思； 夏勇； 王康； 张建兵；

【机构】 华中科技大学光学与电子信息学院；

【摘要】 目前的硅基和钙钛矿太阳能电池,由于其较高的带隙而导致太阳光功率中至少20%的入射光子不能被利用。因此,若能充分利用这些不被吸收的红外光子并实现高效转化,将有望实现太阳能电池效率的突破。然而,目前窄带隙材料（GaSb,Ge,InGaAs等）的制备需满足超高真空环境及基底匹配等要求^[1],因此,可溶液工艺处理且带隙红外可调的PbSe（S）量子点成为制备低成本红外太阳能电池的有力竞争者。与PbS相比,PbSe量子点具有更宽带隙可调范围（0.3～2 eV）、更高载流子输运特性、更强多激子效应（MEG）的特点^{[2, 3]},成为实现高效红外太阳能电池的理想材料。目前关于窄带隙（<1 eV）PbSe量子点电池的研究甚少,主要是因为大尺寸PbSe的稳定性极差。针对这一问题,我们以CdSe量子点和PbCl₂作为前驱物采用阳离子交换法制备出空气中稳定且吸收峰位于1237 nm的PbSe量子点,如图1（a）所示。由于Cd和Cl的协同钝化,量子点表现出较高的PL效率和极好的稳定性,如图1（b）所示。随后以溶于DMF的PbI₂和PbBr₂卤素盐作为配体,以液相交换方式获得PbI₂和PbBr₂包覆的PbSe量子点。采用此量子点我们制备了红外太阳能电池,其结构如图1（c）。在标准太阳光谱下,器件的效率达到6.06%,经800nm和1100nm过滤后器件的效率分别为2.81%和1.13%,如图1（d）所示,是当前PbSe量子点红外太阳能电池的世界纪录。更多还原