量子点杂化空穴导体助力高效碳基太阳能电池

近日，华南农业大学饶华商&钟新华团队在碳基无机CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的空穴传输材料上取得重要进展，研究成果以“Interfacial energy-level alignment via poly-3-hexylthiophene-CsPbI3 quantum dots hybrid hole conductor for efficient carbon-based CsPbI2Br solar cells”为题发表在Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2022.139842）上。华南农业大学张键鑫博士生为第一作者，饶华商副教授为通讯作者。用户速递 Chem. Eng. J.:P3HT 与 CsPbI3量子点杂化空穴导体助力高效碳基 CsPbI2Br 太阳能电池 碳基无机钙钛矿太阳电池 碳基钙钛矿太阳电池（C-PSC ）具有高稳定性的优良潜质，成为下一代太阳电池的有力 竞争者。然而，由于空穴传输层（HTL ）的缺失，碳电极与钙钛矿材料界面的能级失配率高，降低了界面空穴提取效率，导致 C-PSC 的效率低于金属基钙钛矿太阳电池。 近日，华南农业大学饶华商 &钟新华团队在碳基无机 CsPbI2Br 钙钛矿太阳电池的空穴 传输材料上取得重要进展，研究成果以“ Interfacial energy-level alignment via poly-3-hexylthiophene-CsPbI3 quantum dots hybrid hole conductor for efficient carbon-based CsPbI2Br solar cells ”为题发表在 Chemical Engineering Journal （DOI ：10.1016/j.cej.2022.139842）上。华南农业大学张键鑫博士生为第一作者，饶华商副教授为通讯作者。 C h e m i ca l E ng i n e e r i ng Jo u r n a l 453 (2023) 139842 S out h Chi n a Agr icu ltura l Un iv ers it y , Gu angshou 510642, C h i na 该团队采用聚 3-己基噻吩（P3HT ）与 CsPbI3量子点（QDs ）杂化的策略构 建适用于 C-PSC 的 HoleConductor P-QD ，通过傅里叶变换红外（FTIR ）光谱证 明 CsPbI3 QDs 表面的部分油酸配体被 P3HT 取代，并且溶液具有良好的稳定性。通过溶液中的电荷转移现象证明 P3HT-QDs 之间的耦合作用，可以促进电荷的分 离，电导率测试证明了杂化策略可以有效地提高电荷提取效率（Figure 1）。 Fig. 1. (a) TEM,HRTEM, and Fast FourierTransform (FFT) images of CsPbI3QDs. (b) Photographs of QD,P3HT, and P-QD solutions.(c) FTIR spectra of the OA,QD,P3HT, and P-QD. (d) Pphotographs under the illumination of UV light (365 nm), and (e) PL spectra for these studied solutions. (f) I-V curves of QDs, P3HT, and P-QD films tested under dark. 本工作中采用热气流辅助（HFA ）制备 CsPbI2Br 薄膜，Hole conductor 层通 过旋涂的方法制备。稳态荧光（PL ）和荧光衰减（PLdelaycurves ）被用于评价 不同 Holeconductor 对 CsPbI2Br 薄膜中的空穴提取效果。PVK/P-QDs films 表现 了更低的荧光强度和荧光寿命，这归因于 P3HT 部分取代原有的配体后加速了空 穴的提取过程。（Figure 2c 和 2d ） (a) Fig. 2. (a) Schematic of fabrication processes for the CsPbI2Br film and hole conductor layer. (b) Cross-sectional SEM image of each functional layer. (c) Steady-state PL, and (d) PL delay curves of PVK,PVK/QD,PVK/P3HT, and PVK/P-QD films. 鉴于 P3HT-QDs 对空穴提取增强的作用，被作为 HoleConductor 用于制备结 构为 FTO/TiO2/CsPbI2Br/HTL/C 的 C-PSC 器件以形成梯度分布的能级构型。最终 P-QDs-cells 提供最优的光伏性能，其 PCE 为 15.04%，这归因于 P3HT-QDs 对空 穴提取的增强作用。同时，QDs 窄的带隙也拓宽了器件的光响应范围。（Figure 3） Fig. 3. (a) Energy-level alignment diagram of CsPbI2BrC-PSCs. (b) J-V curves of Ref-, QD-, P3HT-, and P-QD-cells. (c) Distribution of PCE of the studied solar cells. (d) SPO curves, (e,f) EQE spectra of Ref-, and P-QD-cells. 进一步的光电测试（TPV/TPC 、EIS 、J sc 和 V oc 光强依赖、Mott-Schottky 等），都证实了来自 P3HT-QDs 层的梯度能级排列可以有效地加速电荷分离并抑制非 辐射复合损失，提高器件的光伏性能（Figure 4）。 Fig. 4. (a) TPC, (b) TPV, (c,d) J sc/V oc dependence on light intensities, (e) Fitted Nyquist plot curves under dark conditions, and (f) Mott-Schottky plots for Ref- and PQD-cell. P3HT-CsPbI3作为 Hole Conductor 的应用为 C-PSCs 的空穴输运工程提供了 新的途径。 文章链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722053219?via%3Dihub 配置推荐 本文中荧光发光及寿命衰减曲线由卓立汉光公司的OmniFluo990稳态瞬态荧光光谱仪 完成。OmniFluo990为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，完成钙 钛矿太阳能电池中不同Hole Conductor的空穴提取效果的评价。