北航張曉亮AM：效率超18%！原位DICC補(bǔ)償助力CsxFA???PbI?鈣鈦量子點(diǎn)太陽能電池性能飛躍

主要內(nèi)容

北京航空航天大學(xué)張曉亮教授與孫志梅教授團(tuán)隊(duì)針對銫-甲脒基碘化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)（CsxFA???PbI? PQDs）在高效光伏應(yīng)用中的表面缺陷問題，提出了一種原位雙離子電荷補(bǔ)償策略（DICC），實(shí)現(xiàn)了18.17%的創(chuàng)紀(jì)錄光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），并揭示了其性能提升的微觀機(jī)制。

研究背景與挑戰(zhàn)
CsxFA???PbI? PQDs因其高光吸收系數(shù)和可溶液加工性，被視為下一代光伏材料的候選者。然而，傳統(tǒng)合成中極性反溶劑引發(fā)的表面配體脫落，導(dǎo)致量子點(diǎn)表面形成大量碘空位和有機(jī)陽離子空位，誘發(fā)嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失和相穩(wěn)定性問題，限制了其光電性能。

創(chuàng)新策略與機(jī)理
團(tuán)隊(duì)通過雙分子親核取代反應(yīng)（SN?），在非極性溶劑中同步生成雙離子配體Ph?P-I?和I??，并使其原位錨定于量子點(diǎn)表面缺陷位點(diǎn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征（如XPS、PL、TRPL）與理論計(jì)算（DFT），證實(shí)DICC策略可實(shí)現(xiàn)：

1.缺陷精準(zhǔn)修復(fù)：雙離子配體通過靜電相互作用填補(bǔ)空位，抑制離子遷移，顯著降低缺陷態(tài)密度（~85%）；

2.能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化：表面晶格重構(gòu)后，量子點(diǎn)導(dǎo)帶底能級下移，與傳輸層能級匹配更優(yōu)，促進(jìn)載流子提?。?/span>

3.電子耦合增強(qiáng)：配體與量子點(diǎn)界面形成強(qiáng)化學(xué)鍵，提升界面電荷轉(zhuǎn)移速率（~3倍）。

性能突破與應(yīng)用前景
基于DICC-PQDs的太陽能電池在AM 1.5G光照下實(shí)現(xiàn)18.17%的PCE（認(rèn)證效率17.9%），并展現(xiàn)出優(yōu)異的濕度/熱穩(wěn)定性（85% RH、60℃下1000小時(shí)保持初始效率的92%）。該策略為鈣鈦礦量子點(diǎn)的表面缺陷工程提供了普適性解決方案，可推廣至光電探測器、發(fā)光二極管等領(lǐng)域，助力高性能光電器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

文獻(xiàn)信息

In Situ Dual-Ionic Charge Compensation for CsxFA1-xPbI3 Perovskite Quantum Dot Solar Cells with Over 18% Efficiency

Guoliang Wang, Bainian Ren, Xinyi Mei, Mingxu Zhang, Junming Qiu, Zhimei Sun, Xiaoliang Zhang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508425

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