共轭小分子“电荷驱动器”助力高效钙钛矿量子点太阳能电池

:与传统硫族量子点材料相比，卤素钙钛矿量子点材料由于其优越的光电性质，近年来受到研究人员的广泛关注。但是由于其量子限域效应导致其电荷分离效率较低，从而限制了其太阳能电池的光电转换效率。近日，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的杨阳（点击查看介绍）团队通过引入共轭小分子来提供额外的电荷分离驱动力，从而减少载流子复合以实现高效率的钙钛矿量子点太阳能电池。

在传统量子点电池领域中，提高电荷分离的策略主要有：设计合理的核壳结构、表面配体的处理、器件结构的合理设计等。然而，由于钙钛矿材料本身的不稳定性，这些传统策略无法完美的适用于钙钛矿量子点材料中。因此杨阳教授团队开发出来一种提高钙钛矿量子点电荷分离的效率的方法，即利用共轭小分子与钙钛矿形成的异质界面提供额外的电荷分离驱动力，从而降低载流子复合。杨阳团队将此“电荷驱动器”应用于甲脒铅碘钙钛矿电子点体系中，实现了12.7%的光电转换效率，这是目前报道的基于甲脒基量子点材料的最高转换效率。

如上图中所示，杨阳团队采用之前所报道的层层沉积法制备的甲脒铅碘钙钛矿量子点太阳能电池器件，其中乙酸乙酯作为去除表面多余配体的反溶剂。共轭小分子ITIC分散在乙酸乙酯中，在去除表面配体的同时，ITIC仍然留在量子点表面与量子点形成异质结构，基于此方法制备的太阳能电池的界面扫描电子显微镜图如下图a所示。由此得到的基于ITIC “电荷驱动器” 处理的量子点电池的光电转换效率相比于未处理的量子点电池有着显著的提升，最高转换效率由10.4%提高到了12.7%，开路电压由1.03 V提高到了1.10 V，短路电流由14.3 mA cm-2提升到了15.4 mA cm-2，另外填充因子也由原有的70.9%提升到了74.8%。所有的器件均表现出可忽略的迟滞现象。在0.9 V的偏压下，基于ITIC的量子点器件表现出了12.7%的稳定输出效率。从基于40个器件的统计图看出，ITIC处理后的器件展现出了很好的重复性，其平均效率有12.0 ± 0.4%。

这一成果近期发表在Advanced Materials上，文章的第一作者是UCLA博士研究生薛晶晶和王睿。

原标题:共轭小分子“电荷驱动器”助力高效钙钛矿量子点太阳能电池