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苏大马万里/刘泽柯、华工李远《Adv. Mater.》: 开壳双自由基分子敏化电子传输层实现高效量子点太阳能电池
2023-03-06  来源:高分子科技

  氧化锌(ZnO)纳米颗粒(NP)作为光伏器件中一种优异的电子传输层(ETL材料已被广泛应用。然而,ZnO NP的固有表面缺陷很容易导致载流子的严重复合。探索ZnO NP的有效钝化方法对于实现高效器件性能至关重要。


  苏州大学马万里、刘泽柯课题组和华南理工大学李远课题组合作在Advanced Materials期刊上发表了题为“Open-shell Diradical-sensitized Electron Transport Layer for High-Performance Colloidal Quantum Dot Solar Cells”的文章DOI: 10.1002/adma.202212184首次探索了通过引入稳定的有机开壳给体-受体型双自由基分子来提高ZnO电子传输层性能。双自由基分子的高给电子特性可以有效地钝化ZnO深能级陷阱态并提高ZnO薄膜的导电性。自由基策略的独特优势在于,其钝化效果与自由基分子的给电子能力高度相关,因此可以通过分子化学结构的合理设计来精确控制其给电子和钝化能力。该策略应用于硫化铅(PbS)胶体量子点(CQD)太阳能电池,获得了13.54%光电转换效率(PCE,是基于直接合成PbS量子点墨水体系的最高效率 


1 (a) Flu-C8Flu-EHTPAOMe-C8的分子结构(b) PbS量子点太阳能电池器件结构(c) Flu-C8Flu-EHTPAOMe-C8的电子自旋共振光谱(d) Flu-C8Flu-EHTPAOMe-C8的吸收光谱(e) ZnOFlu-C8Flu-EHTPAOMe-C8的能级示意图(f-h) Flu-C8Flu-EHTPAOMe-C8的循环伏安(CV)测试曲线。.  


2 (a)优化后的PbS量子点器件在AM 1.5G, 100 mW/cm2的太阳光照射下的电流-电压特性曲线(b)优化后的PbS量子点器件的外量子效率曲线和积分电流密度(c-e)基于不同双自由基分子敏化后的PbS量子点太阳能电池的PCEJscVoc分布。 


(a,b) ZnO双自由基分子敏化ZnO膜的稳态光致发光(PL)和时间分辨PLTRPL)光谱(在550nm探测(c)TPAOMe-C8TPAOMe-C8敏化ZnOESR(d,e)存在氧空位缺陷时的ZnO导带和价带DFT计算电子云分布(f,g)TPAOMe-C8敏化后ZnO导带和价带DFT计算电子云分布。 


(a)光照和暗态下,ITO/ZnO(+双自由基分子)/Al结构器件的J-V特性曲线(b)ZnO和双自由基分子敏化ZnO制备的PbS量子点器件阻抗谱(c)不同浓度的TPAOMe-C8敏化ZnO薄膜的紫外光电子能谱图(dZnO1%TPAOMe-C8敏化ZnOPbS活性层能级的示意图(e)ZnO1%TPAOMe-C8敏化ZnO薄膜的接触电位差图像(f)ZnO1%TPAOMe-C8敏化ZnO薄膜的表面电位直方分布图。 


(a,b) ZnO/PbSZnO+TPAOMe-C8/PbS的伪彩色瞬态吸收光谱(c)980nm探测的ZnO/PbSZnO+TPAOMe-C8 /PbS膜的归一化瞬态吸收动力学曲线


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212184

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