近日，CellPress旗下知名期刊《Joule》在線發(fā)表了北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張曉亮教授課題組在鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池方面取得的最新研究進(jìn)展：“Tailoring Solvent-Mediated Ligand Exchange for CsPbI3Perovskite Quantum Dots Solar Cells with Efficiency Exceeding 16.5%”。材料學(xué)院2019級(jí)博士生賈東霖為文章第一作者，張曉亮教授為唯一通訊作者。
 

無(wú)機(jī)銫鉛碘（CsPbI3）鈣鈦礦材料由于不含揮發(fā)性有機(jī)組分，是有應(yīng)用前景的光伏材料。通過使用表面配體限制晶體生長(zhǎng)，將其制備成納米尺度的量子點(diǎn)是得到穩(wěn)定CsPbI3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有效途徑之一。為實(shí)現(xiàn)較好的電荷輸運(yùn)效果，將量子點(diǎn)制備成固體薄膜后，使用外源短配體替換原始長(zhǎng)鏈配體是一種高效且可行的途徑。在傳統(tǒng)的配體取代過程中，由原始配體和外源配體與量子點(diǎn)表面結(jié)合能差異主導(dǎo)的配體交換過程難以控制，并且由于配體在傳統(tǒng)的量子點(diǎn)反溶劑中的低溶解度使配體交換效果通常不佳，導(dǎo)致材料表面存留大量長(zhǎng)鏈絕緣配體。因此，在保證量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，更充分取代其表面原始絕緣配體是高性能太陽(yáng)能電池研究中亟待解決的難題。

 

為了解決這一難題，張曉亮教授課題組另辟蹊徑，通過優(yōu)化外源配體溶劑，將配體交換反應(yīng)從被“配體自身單獨(dú)控制”轉(zhuǎn)移到了由“溶劑介導(dǎo)配體控制”，使配體交換過程達(dá)到了能夠被“充分駕馭”的效果。經(jīng)過“溶劑介導(dǎo)配體交換”后，CsPbI3量子點(diǎn)薄膜的缺陷密度、載流子遷移率、光電性能和穩(wěn)定性等均得到了顯著改善。最終，制備出了光電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)16.53%的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池器件，此效率為無(wú)機(jī)量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的最高值。此外，將該策略擴(kuò)展到其它配體后，相應(yīng)的太陽(yáng)能電池均獲得了優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能。
 

該研究為調(diào)控量子點(diǎn)表面化學(xué)特性提供了一個(gè)通用且可行的全新平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)新一代高性能量子點(diǎn)光電器件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

“溶劑介導(dǎo)配體交換”策略設(shè)計(jì)思路：溶劑甄選原則、配體交換示意圖和CsPbI3量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換性能。

 

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和北航青年拔尖人才項(xiàng)目的資助，同時(shí)得到了北航高性能計(jì)算中心的支持。

 

來源：北京航空航天大學(xué)

 

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https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00234-3