短链配体钝化CsPbI3钙钛矿量子点太阳能电池

来源：X一MOL资讯

钙钛矿材料由于其优良的物理化学性质，近年来受到广泛的关注。相比于传统的有机-无机杂化钙钛矿材料，全无机钙钛矿材料（如CsPbX3, X=Cl, Br, I）中不含有机成分，因而表现出更好的环境稳定性。其中，立方相CsPbI3（α-CsPbI3）具有最小的直接带隙禁带宽度（1.73 eV），是一种极具潜力的太阳能电池材料。然而，在常温下它很容易转变为热力学稳定相—正交相CsPbI3（δ-CsPbI3），但是δ-CsPbI3具有2.82 eV的间接带隙，并不是理想的太阳能电池材料。因此，利用尺寸效应和表面配体效应，制备CsPbI3量子点以增加其立方相在室温下的稳定性是可行的方案之一。

目前，在α-CsPbI3量子点的制备工艺中，油酸/油胺（C18）通常被用作表面配体。然而，C18容易脱落并使其转变为正交相（δ-CsPbI3）。同时，C18作为长链有机配体，不利于α-CsPbI3量子点中光生载流子的快速传输，会降低太阳能电池器件的性能。因此，急需寻找合适的方法来增强α-CsPbI3量子点表面配体的稳定性，并改善其载流子传输特性。

鉴于此，武汉理工大学刘曰利教授课题组与深圳大学张晗教授课题组联合开发出一种短链配体（辛酸/辛胺，C18）钝化α-CsPbI3量子点。研究结果显示，通过短链配体部分取代α-CsPbI3量子点表面的长链C18配体后，量子点（C8/C18-CsPbI3）的稳定性得到明显提升（>180天），明显优于未处理的量子点（C18-CsPbI3，<60天）。除此之外，CsPbI3量子点的荧光量子产率以及载流子寿命在钝化后均得到了增强。结合理论计算发现，C8/C18-CsPbI3量子点优异的稳定性得益于C8配体与量子点表面具有更强的结合能，促使表面配体不易脱落，在增强稳定性的同时也减少了表面缺陷态数量。将C8/C18-CsPbI3量子点应用于太阳能电池中，得到11.87%的光电转换效率，明显高于C18-CsPbI3量子点太阳能电池的性能（7.76%）。性能提升的原因主要有两点：第一，通过短链配体钝化，大幅降低CsPbI3量子点的表面缺陷态数量，降低光生载流子被缺陷捕获的几率；第二，C8短链配体相比于C18长链配体，具有更短的碳链以及更好的载流子传输特性，可以促进光生载流子的快速分离与传输，增强太阳能电池器件的光电转换效率。

该研究工作为CsPbI3量子点的表面改性提供一种可行的方案，同时也为提升相关光电器件的性能提供新的思路。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是深圳大学博士后陈克强。

Short‐Chain Ligand‐Passivated Stable α‐CsPbI3 Quantum Dot for All‐Inorganic Perovskite Solar Cells

Keqiang Chen, Qiaohui Zhong, Wen Chen, Binghua Sang, Yingwei Wang, Tingqiang Yang, Yueli Liu, Yupeng Zhang, Han Zhang

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1900991, DOI: 10.1002/adfm.201900991

导师简介

刘曰利教授，武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室教授、博士生导师。1997于武汉大学获得学士学位，2006年于武汉大学获得博士学位。2006年至今就职于武汉理工大学，2008年至2010年在CEA Grenoble从事博士后研究。

主要从事量子点等新型纳米材料的开发与利用等方面的研究工作，发表学术论文100余篇，包括Journal of the American Chemical Society、ACS Catalysis、Nanoscale等。参与编写学术专著4部，应邀在Wiley上出版英文著作 “柔性量子点敏化太阳能电池”章节，申请发明专利30项（包括俄罗斯发明专利3项），其中20项已获得授权（包括俄罗斯发明专利3项）。主持和参与国家自然科学基金重点、面上项目和青年项目、科技部重大基础科研计划和国际合作专项项目、国防基础科研计划、装备预研计划等相关项目研究工作。

https://www.x-mol.com/university/faculty/51264

张晗教授，深圳大学光电工程学院特聘教授、博士生导师。2006年于武汉大学取得学士学位，2010年于南洋理工大学取得博士学位，2010年至2012年在比利时布鲁塞尔自由大学进行博士后研究，2012年至2013年就职于新加坡国立大学和湖南大学，2013年至今就职于深圳大学。

近年来开展了以石墨烯、黑磷为代表的新材料非线性超快光子学与器件及新型纳米生物光子学研究，已累计发表SCI论文200余篇，包括Chemical Society Reviews 3篇(影响因子40.182)、Advanced Materials 10篇(影响因子21.950)、PNAS、Nature Materials(影响因子39.235)、Physic Reports等，以第一作者或通讯作者发表SCI一区论文100篇，封面论文30篇，40篇论文引用过百次，总引用次数两万余次，H指数68，ESI高引论文46余篇，两篇论文入选中国百篇最具影响国际学术论文，PNAS论文入选“2018年中国光学十大进展”。现主持国家自然科学基金项目重点、国际合作重点和面上项目等5项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/40451