河南大学陈冲教授课题组Nano Energy：PbSO4(PbO)4量子点提高钙钛矿太阳能电池性能和稳定性

人们对清洁能源的开发和利用对解决能源短缺和环境污染具有重要意义。太阳能电池是利用清洁能源——太阳能的有效技术突进。作为太阳能电池领域的新型代表之一，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高、制备工艺简单等优点，具有潜在的工业化应用前景，因而得到了人们广泛的关注。然而，有机无机杂化钙钛矿晶体表面或内部容易产生缺陷，使得电池性能不够稳定。如何同时提电池的光电转换效率和稳定性是目前研究者面临的重要问题。

近日，河南大学陈冲教授团队在Nano Energy 上发表论文，报道了采用量子点钝化钙钛矿晶体缺陷和促进电池性能稳定性上所取得重要进展。经过钝化处理后，电池的光电转换效率增加到了20%以上，并且器件稳定性得到了显著提升。

图1. （a）电池结构；（b）能级排布；（c）PbSO₄(PbO)₄ 和（d）油胺分子结构。

图2. 钙钛矿薄膜在量子点钝化处理前（a, c）和钝化处理后（b, d）。

图3. （a）量子点、钙钛矿薄膜和钝化处理后钙钛矿薄膜的红外吸收谱；（b）量子点UPS测试结果；（c）量子点能态密度图。

图4. （a）电池I-V曲线；（b）IPCE谱图；（c）电池稳定性；（d）电池效率分布。

图5. （a）电池暗态I-V曲线；（b）短路电流和光照强度的对数关系图；（c）开路和光照强度的对数关系图；（d）缺陷态填充电压测试。

图6. （a）钙钛矿/PbSO₄(PbO)₄界面原子相互作用；（b）钙钛矿/PbSO₄(PbO)₄界面附近的电子云和空穴云分布。

图7. 钙钛矿/TiO₂界面在PbSO₄(PbO)₄ 钝化前（a）和钝化后（b）的能级分布；钙钛矿/Spiro-MeOTAD界面在PbSO₄(PbO)₄钝化前（c）和钝化后（d）的能级分布。

图8. 钙钛矿/OA界面原子作用示意图。

图9. （a）钙钛矿薄膜与水的接触角；（b）钙钛矿薄膜在经过PbSO₄(PbO)₄钝化后与水的接触角。

小结

引入的PbSO₄(PbO)₄量子点具有多重功能。首先，量子点能有效钝化钙钛矿晶体表面配位不饱和的Pb阳离子和I阴离子，同时，油胺分子能与CH₃NH₃PbI₃中的CH₃NH₃⁺有机阳离子形成很强的氢键，起到了减少钙钛矿晶体缺陷态和增强晶体化学稳定性的作用；其次，OA-PbSO₄(PbO)₄量子点改善了CH₃NH₃PbI₃/TiO₂和CH₃NH₃PbI₃/spiro-OMeTAD界面处的能级匹配，有效地促进了界面电荷的抽取、抑制了电荷复合，从而提高了电池的效率；最后，OA-PbSO₄(PbO)₄量子点能有效减缓空气中水汽和氧气向钙钛矿中的渗透，促进了电池稳定性。

河南大学光伏材料省重点实验室为论文的第一完成单位，陈冲、李福民为共同第一作者，陈冲教授为第一通讯作者，四川大学黄青松教授与中国科学院合肥物质科学研究院王命泰研究员为共同通讯作者。研究工作受到国家自然科学基金项目、河南省高校科技创新人才、河南大学青年人才种子基金等项目的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Efficient and stable perovskite solar cells thanks to dual functions of oleyl amine-coated PbSO₄(PbO)₄ quantum dots: defect passivation and moisture/oxygen blocking

Chong Chen*, Fumin Li, Liangxin Zhu, Zhitao Shen, Yujuan Weng, Qiang Lou, Furui Tan, Gentian Yue, Qingsong Huang*, Mingtai Wang*

Nano Energy, 2019, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104313

导师介绍

陈冲教授课题组在实验室主任张伟风教授和实验室同事的大力支持下，一直致力于钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池和聚合物太阳能电池等方向的研究。课题组成员已在Nano Energy、Nature Communications、Journal of Materials Chemistry A、ACS applied materials & interfaces、Journal of Power Sources、Journal of Materials Chemistry C、Solar Energy Materials and Solar Cells 等国际知名SCI期刊上发表论文40余篇，获得国家授权发明专利近10项，主持国家、省级和校级项目10余项，在太阳能电池相关领域积累了丰富的研究成果。同时课题组与国内外知名研究机构和高校，如中科院合肥研究院、中科院宁波材料技术与工程研究所、中科院化学所、韩国高等科学技术研究所（KAIST）、四川大学、吉林大学、美国匹兹堡大学、台湾交通大学等，开展多项交流与合作。