Nano Res.│苏州大学马万里教授团队：钙钛矿修饰PbS量子点/聚合物传输层界面实现高效太阳能电池 |
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Nano Res.│苏州大学马万里教授团队：钙钛矿修饰PbS量子点/聚合物传输层界面实现高效太阳能电池
本篇文章版权为马万里课题组所有，未经授权禁止转载。 背景介绍 近期利用聚合物材料作为PbS量子点太阳能电池的空穴传输层引起了广泛关注，其在材料可设计性和沉积工艺等方面都比传统使用的硫醇包裹PbS量子点空穴传输层更有优势。但无机量子点和有机聚合物之间的界面仍然存在界面复合和提取效率低等问题，通过引入合适的界面修饰层有望进一步提升量子点太阳能电池性能。 成果简介 苏州大学马万里教授团队报道了在PbS量子点活性层和有机空穴传输层(PTB7-Th)之间引入CsPbI3钙钛矿量子点作为界面修饰层。钙钛矿是一种新型的“软物质”，其物性介于传统无机材料和有机材料之间，有望修饰有机/无机界面。并且CsPbI3量子点和PbS量子点是典型的两类量子点薄膜光伏电池材料，均可以通过溶液法进行沉积。该研究发现CsPbI3量子点的能级处于PbS 量子点活性层和PTB7-Th有机空穴传输层之间，所形成的梯度能级结构可以促进空穴提取并减少界面电荷复合。同时，该修饰层可以产生界面偶极，从而能够提升内建电场和开路电压。最终，该界面层修饰层的引入可以将PbS量子点太阳能电池的光电转换效率从10.52%提升到12.32%。该工作表明了界面修饰对量子点太阳能电池性能提升的重要性，并展示了可以通过集成不同类型的可溶液加工光伏材料，设计更加优异的光伏器件结构。 图文导读
图1. (a) PTB7-Th空穴传输层、PbS量子点和CsPbI3量子点的结构示意图；(b)本研究中使用的量子点太阳能器件结构示意图和两种量子点材料的透射电镜图；(c) 量子点光伏器件的横截面SEM图像；(d) 量子点太阳能电池制备流程图。
图2. (a) 量子点太阳能电池器件的能级图；(b) 界面修饰层引入对器件电压影响示意图；(c,d) 加入界面修饰层前后的器件J-V曲线和EQE曲线。
图3. (a-c) 不同条件下量子点薄膜的吸收、稳态荧光和瞬态荧光光谱；(d,e) 通过开尔文探针力显微镜对CsPbI3/PbS量子点的界面电势表征；(f) 加入界面修饰层前后的器件的Mott-Schottky表征图。
图4. (a) 器件暗电流曲线；(b) 器件阻抗谱分析；(c) 器件瞬态光电压衰减谱；(d) 器件在光照下的开路电压与光强度的关系。 作者简介 马万里，苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）教授，博士生导师。分别于1996年和2000年获得复旦大学本科和硕士学位；2006年于美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)获得博士学位，导师为诺贝尔化学奖获得者Alan Heeger教授；2007-2010年在美国加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室进行博士后研究，合作导师为纳米领域的先驱、美国科学院和美国艺术与科学学院两院院士Paul Alivisatos教授；2011年加入苏州大学。近年来在新型太阳能电池领域做出一系列开创性工作，在Nat. Commun. (3篇)、Joule (2篇)、Adv. Mater. (14篇)、JACS (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (1篇)、Nano Lett.(3篇)、Adv. Energy Mater (6篇)、Adv. Funct. Mater (10篇)、ACS Nano (2篇)、ACS Energy Lett. (7篇) 等国际重要刊物发表论文150余篇，授权发明专利17项，部分专利已经被美国著名有机光伏公司购买并运用于实际生产。论文总引用次数超过20000次，单篇论文最高引用超过5000次，2014-2019年连续6年入选高引用学者榜单。担任MRS Advances Principal Editor；Frontiers in Photonics 副主编；Nat. Energy, Nat. Commun., Joule, JACS, Adv. Mater., Nano Lett.，等著名国际期刊的审稿人和仲裁。获得主要荣誉包括：中组部万人领军人才；中组部首批“国家高层次人才计划”青年项目; 国家自然科学基金委首批“优秀青年基金”；江苏省“高层次创新创业人才引进计划”等。刘泽柯，苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）副教授，硕士生导师。苏州大学博士（2011-2016），导师为李述汤院士和马万里教授；期间在美国加州伯克利大学Paul Alivisatos教授（纳米领域的先驱，美国科学院和美国艺术与科学学院两院院士）课题组进行联合培养（2015-2016）。美国印第安纳大学伯明顿分校进行联合博士后研究（2017-2019），2019年7月加入苏州大学。致力于红外半导体纳米晶的合成及其光电器件的制备研究，共发表SCI论文40余篇，其中以第一/通讯作者在Nat. Commun. (3篇)，J Am. Chem. Soc. (1篇), Adv. Mater. (2篇)，Nano Lett. (1篇)等国际重要刊物发表论文近20篇，撰写PbS量子点太阳能电池综述1篇，撰写纳米晶相关专著1章节，获授权发明专利4项，入选博士后创新人才支持计划，并获评2016-2020年博士后创新人才支持计划十大创新成果；Frontiers in Photonics副主编；2020年入选江苏省“双创博士”；2021年入选姑苏青年领军人才。文章信息 Xing Meng, Yifan Chen, Fan Yang, Jieqi Zhang, Guozheng Shi, Yannan Zhang, Haodong Tang, Wei Chen, Yang Liu, Lin Yuan, Shaojuan Li, Kai Wang, Qi Chen, Zeke Liu* & Wanli Ma*. Perovskite bridging PbS quantum dot/polymer interface enables efficient solar cells. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-022-4195-8.
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