CsPbX3（X=Cl、Br或I）钙钛矿量子点表面特性调控机制及其对光伏转换性能的影响研究

Inorganic CsPbX3(X=Cl, Br or I) perovskite quantum dot (PQD) is a promising new candidate as an optoelectronic material for the construction of the quantum dot solar cell with high energy conversion efficiency, low-cost and high stability. The surface properties of the quantum dot significantly affect the physical properties of the quantum dot solid and therefore the photovoltaic performance of the solar cell device. In this project, the surface passivation of the CsPbX3-PQD will be investigated in depth to improve the photovoltaic performance of the quantum dot solar cell device. The interaction mechanism of the organic or inorganic short ligand with the atom on the CsPbX3-PQD’s surface will be studied, and the mechanism of the surface passivation on the CsPbX3-PQD will be investigated. The physical properties, such as energy levels, conductivity, trap density and stability of the CsPbX3-PQD solid determined by the surface passivation of the CsPbX3-PQD will be demonstrated. The energy conversion efficiency and stability of the quantum dot solar cell device will be largely improved by fine controlling the CsPbX3-PQD’s surface properties. This work will provide quantitative scientific guidelines for designing, fabrication and performance studies of the solar cell or other optoelectronic devices.

无机CsPbX3(X=Cl、Br或I)钙钛矿量子点(PQD)有望成为构筑高能量转换效率、低成本和高稳定性的量子点太阳能电池器件的新一代光-电能量转换材料。量子点表面特性的调控对量子点薄膜的物理性能及光伏转换性能起着重要作用。本项目将研究通过对CsPbX3-PQD表面特性的调控提高量子点太阳能电池器件的光伏转换性能，研究短链有机或无机配体与CsPbX3-PQD表面原子的作用原理，揭示CsPbX3-PQD表面钝化的机制，阐明CsPbX3-PQD表面的钝化对CsPbX3-PQD薄膜的能级、电导率、缺陷密度和稳定性等物理性能的影响机制，实现通过对CsPbX3-PQD表面特性的调控提高量子点太阳能电池器件的能量转换性能和稳定性，为高效率、低成本和高稳定性的太阳能电池及其它光-电器件的设计、组装和性能研究等提供科学依据。

无机钙钛矿量子点（PQD）纳米材料是构筑新一代太阳能电池的关键材料，（PQD）的表面特性显著影响PQD的光电物理性能和稳定性，最终决定PQD太阳能电池（PQDSC）器件的光伏性能和稳定性。此项目通过小分子配体调控无机PQD表面特性，研究了小分子配体对PQD的缺陷密度、能级和载流子动力学等的影响规律，阐明了小分子配体与PQD的作用方式，揭示了通过小分子配体增强PQD间耦合的原理；对PQD表面缺陷产生的原因进行了系统深入的研究，并开发出多种方法修复或钝化材料表面缺陷，有效减少了材料中载流子的非辐射复合；结合理论计算和实验研究，对PQD表面配体的取代过程及其对PQD表面特性影响进行了研究，显著提高了PQD表面配体的取代效果，制备出电能量转换性能的最高的无机PQDSC器件（PCE：16.64%），揭示了PQD表面特性与PQDSC器件光伏性能间的关系，为PQD表面特性的调控提供了新的研究思路，为高性能PQDSC器件的设计、组装和性能研究等提供科学依据。在此项目的资助下，在Joule、Energy & Environmental Science和Advanced Materials等国际著名学术期刊发表SCI论文22篇，申报国家发明专利两项，参加学术会议三次，并做大会邀请报告，4名硕士研究生毕业，并有多名博士/硕士研究生在读。