原子配位体钝化量子点太阳电池

Colloidal PbSe quantum dots has a high quantum yields of 89%.Its size- dependent band gap spans most of the spectra of solar radiation.Because of the strong multi- exciton generation, the theoretical power convertion efficiency of PbSe quantum dots solar cell is 60.3%. However,the conductivity of surface organic ligands with long carbon chain is bad which restricts the power convertion efficiency of current PbSe quantum dots solar cell.Therefore, we propose to use atom to passivate the surface of PbSe quantum dots,remove the surface organic ligands, decrease the thickness of the ligands layer and separate the photo-induced carrier effectively.First,we will prepare the halogen-passivated PbSe quantum dots,test the film conductivity and investigate the influence on the thickness of ligands layer; sencond, the halogen-passivated PbSe quantum dots are employed to fabricate the solar cell and the device structure should be optimized; at last,the temperature- dependent I-V characteristic will be tested to analyze the transition model according to the temperature- dependent time resolution photoluminescence spectra.It is the first time to propose and prepare atom-passivated PbSe quantum dots to improve the conductivity of active layer in solar cell. The goal is to achieve the power convertion efficiency of 6%.

胶质PbSe量子点的量子效率为89%，通过调节尺寸，其吸收光谱可以覆盖大部分太阳光谱，同时，强多激子产生效应，使得它的太阳电池理论转化效率达到60.3%。但是，表面长碳链配体导电性较差，严重限制了目前PbSe量子点太阳电池的转化效率。本课题拟采用原子钝化PbSe量子点，完全去除表面有机配位体，降低配位层厚度，增强量子点中光生载流子分离能力。研究并合成卤离子钝化PbSe量子点，测量量子点薄膜导电性，分析配位体层厚度变化对导电性的影响；制作卤离子钝化PbSe量子点太阳电池，优化器件结构和工艺参数；测量器件变温I-V特性，结合变温时间分辨率荧光光谱，研究光生载流子迁移机制，建立PbSe/ZnO异质结模型。本项目首次提出用原子钝化PbSe量子点，探明原子钝化PbSe量子点技术，提高量子点有源层电导率，制作原子钝化PbSe太阳电池，转化效率达到6.0%，建立PbSe/ZnO异质结载流子迁移模型。

胶体PbSe 量子点的量子效率为89%，通过调节尺寸，其吸收光谱可以覆盖大部分太阳光谱，同时，强多激子产生效应，使得它的太阳电池理论转化效率达到60.3%。但是，PbSe 量子点稳定性较差，在空气中易于氧化；表面长碳链配体导电性较差，严重限制了目前PbSe 量子点太阳电池的转化效率。. 首先，我们开展了PbSe 胶体量子点的制备与特性研究。包括不同尺寸PbSe胶体量子点的合成，研究尺寸对PbSe量子点跃迁机理，理论研究其能级结构，建立PbSe胶体量子点能级结构的模型；研究PbSe胶体量子点的稳定性，以及核壳结构。. 其次，我们研究卤离子钝化PbSe 量子点的合成方法，分析表面改性对量子点光学、电学性能的影响。包括：研究卤离子钝化PbSe 胶体量子点的合成方法和处理技术，实验上摸索高质量离子钝化PbSe 胶体量子点的合成工艺；分析卤离子钝化PbSe 胶体量子点电学性能。包括：测量量子点改性前后，电导率的变化，通过瞬态荧光光谱（TRPL）分析载流子寿命变化等。. 最后，我们开展胶体量子点太阳电池的结构设计的研究，从器件结构、量子点尺寸、电极特性等方面入手，制备出多种类型的PbSe量子点太阳电池。一是制作卤离子钝化PbSe 胶体量子点太阳电池，测量器件性能，优化工艺、结构参数。包括：制作卤离子钝化PbSe 胶体量子点太阳电池，测量器件性能，包括I-V 曲线、开路电压、短路电流、转换效率等；与乙二硫醇处理的太阳电池器件对比，分析原子钝化技术如何改善量子点太阳电池器件性能；优化器件制作过程中的有关参数，提高电池器件性能，有关参数包括：电子空穴迁移层厚度、量子点光敏层厚度、器件退火时间等。二是分析太阳电池器件中光生载流子传输机制，建立传输模型。包括：研究太阳电池的伏安特性曲线，建立电流随偏置电压变化的数学模型，分析我们所采用的PbSe/ZnO 结构，是否满足异质结特性；分析去除有机碳链后，是否有利于增强结效应，从机理上，确认量子点表面层厚度对太阳电池的影响；分析量子点表面层厚度变化，对光生载流子迁移速度的影响。. 在上述研究基础上，我们发表SCI检索的学术论文22篇，其中影响因子大于3.0的17篇；申请并获得国家发明专利6项；培养博士研究生5人，硕士研究生4人。