界面工程获取高性能介孔型CsPbI3钙钛矿量子点太阳能电池学术资讯

来源：X一MOL资讯

全无机CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池相比于传统的有机无机钙钛矿太阳能电池具有更好的环境稳定性，吸引了众多研究者的目光。

此前，全无机CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率是14.1%，与有机无机钙钛矿太阳能电池>23%的光电转换效率相比，其光电转换效率还有待进一步提高。如何构筑高性能CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池成为一个亟待解决的科学问题。目前，在高性能钙钛矿太阳能电池中，介孔TiO2（m-TiO2）仍然是电子传输层的最佳选择。其较大的比表面积，有利于增强钙钛矿层与电子传输层之间的电子快速分离与传输。

然而，在CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池中，由于量子点的分散和界面修饰等难点，通常选取致密TiO2（c-TiO2）作为电子传输层，不利于电子的高效分离与传输。如果选取m-TiO2作为电子传输层时，CsPbI3量子点在器件的组装过程中难以与m-TiO2形成良好的界面结合，进而导致较差的载流子分离和传输效率。因此，如何改善CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池中的界面结合状态是提升其性能的关键。

鉴于此，武汉理工大学刘曰利教授、法国格勒诺布尔大学Peter Reiss教授和澳大利亚蒙纳士大学鲍桥梁教授团队使用介孔型二氧化钛（m-TiO2）薄膜作为电子传输层，并采用富含电子的铯离子的乙酸甲酯溶液对m-TiO2表面进行介面工程处理，以提高量子点与m-TiO2之间的电子分离和传输效率，进而构筑高性能全无机CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池。

研究结果显示，通过Cs离子处理后，有助于促进CsPbI3量子点快速进入到m-TiO2的介孔中，并形成良好的界面接触。通过瞬态吸收光谱表征发现，在Cs离子处理前后，CsPbI3量子点与m-TiO2之间的电子注入效率提升了3倍。这表明Cs离子处理大幅改善了量子点/m-TiO2接触界面中电子的分离传输效率。

最终，在多种界面优化处理工艺的协同作用下，CsPbI3量子点钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从5.01%大幅提升至14.32%，是目前此类器件的最高性能之一。

该研究工作为提升钙钛矿太阳能电池的性能提供了一种全新的方案，同时也为改善基于量子点材料的光电器件性能提供了新的思路。

这一成果近期以封面文章的形式发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是深圳大学副研究员陈克强。

原文：High Efficiency Mesoscopic Solar Cells Using CsPbI3 Perovskite Quantum Dots Enabled by Chemical Interface EngineeringKeqiang Chen, Wei Jin, Yupeng Zhang, Tingqiang Yang, Peter Reiss, Qiaohui Zhong, Udo Bach, Qitao Li, Yingwei Wang, Han Zhang, Qiaoliang Bao, Yueli LiuJ. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3775−3783, DOI: 10.1021/jacs.9b10700

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，湖北省杰出青年人才，武汉市千企万人计划。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、Advanced Functional Materials、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
Peter Reiss教授，法国格勒诺布尔大学教授、博士生导师，功能材料的合成、结构与性能实验室主任。2000年于毕业于德国卡尔斯鲁厄大学获得博士学位。
主要从事量子点合成及其在生物医学成像、LED及太阳能电池等方面的应用研究工作，发表学术论文100余篇。担任Nanoscale Research Letters (Springer), Journal of Nanomaterials and Frontiers in Materials等杂志的副主编、Scientific Reports (NPG)的学术委员会成员、Journal of Materials Chemistry C (RSC)的编辑顾问委员会成员。

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