Advanced Energy Materials观点：配体介导同质结结构的构建用于高效FAPbI3量子点太阳能电池

第一作者：丁珊珊

通讯作者：郝萌萌*，王连洲*

单位：澳大利亚昆士兰大学

甲脒钙钛矿（FAPbI₃）相比与无机钙钛矿量子点在相稳定性以及载流子寿命上更具有优势，更适合用于高性能太阳能电池。然而，目前为止有关于FAPbI₃量子点太阳能电池的研究较少，其主要原因在于难以对量子点表面长链配体的精确调控以及有限的电荷载流子的传输。虽然这些有机配体在稳定FAPbI₃量子点的立方相上发挥着重要作用，但由于这些长链配体的绝缘特性使得量子点之间的有效电荷传输受到限制。其次，在量子点太阳能电池器件中光活性层间的界面电子空穴对的复合也是阻碍电荷有效传输的关键因素。

近日，来自澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授与郝萌萌博士团队，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Ligand-Mediated Homojunction Structure for High-Efficiency FAPbI₃ Quantum Dot Solar Cells”的研究性文章。该工作研究了一系列多功能配体对FAPbI₃量子点太阳能电池光电性能的影响，并通过特定配体调控构建了同质结结构进一步提高器件中电荷载流子的传输性能，最终获得了15.34%的记录器件效率。

FAPbI₃量子点在太阳能电池应用中显示出巨大的潜力，但由于其配体壳的绝缘性质而受到电荷转移的限制。表面特性的管理和由此产生的能带排列是高效稳定的量子点太阳能电池的关键。鉴于此，该研究工作通过将定制的多功能配体（胍基乙酸（GLA））引入到FAPbI₃量子点表面，证明了GLA配体对量子点表面的有效钝化作用。研究表明GLA配体的掺入不仅可以部分替代量子点表面原有的长链绝缘配体，还能有效减少由表面陷阱态引起的非辐射复合损失。值得注意的是，GLA配体的引入有益地改变了量子点薄膜的能带偏移，并在量子点层中生成具有级联能带排列的同质结结构，从而促进了电荷传输并提高器件的性能。最后，通过该配体调控构建的同质结结构器件实现了15.34%的创纪录高功率转换效率，并改善了开路电压和填充因子。此外，GLA辅助的表面钝化还提高了电池器件的稳定性，在环境空气中暴露器件5500小时和在连续1太阳光照下存储768小时后，器件分别保持了超过80%和75%的初始效率。

Ligand-Mediated Homojunction Structure for High-Efficiency FAPbI₃ Quantum Dot Solar Cells

丁珊珊 博士简介：于2019年加入澳大利亚昆士兰大学王连洲教授团队攻读博士学位，现在该组继续从事博士后研究工作。其主要研究方向是钙钛矿量子点材料的设计与制备，及其在能量转换方面的应用研究。

郝萌萌 博士简介：2020年于澳大利亚昆士兰大学获得博士学位，师从王连洲教授，随后继续再王连洲教授组从事博士后研究工作。长期从事于量子点材料开发与量子点电池器件研究。以第一作者和通讯作者在Nature Energy, Advanced Functional Material, Advanced Science等学术期刊发表学术论文。曾创造量子点太阳能电池最高的认证记录。

王连州 教授简介：昆士兰大学化工学院教授和澳大利亚桂冠教授，纳米材料研究中心主任，主要从事半导体纳米材料的合成及其在清洁能源领域的应用，先后在诸多国际学术期刊发表论文500余篇，被引用48,000余次。获得澳洲基金委女王伊丽莎白学者，未来学者和桂冠学者称号，昆士兰大学研究优秀奖及优秀研究生导师奖，澳洲寻找未来之星奖，国际化工学会杰出研究奖等，入选英国皇家化学会会士，欧洲科学院院士（Academia Europaea）, 科睿唯安“高被引科学家”等. 兼任任澳洲材料科学与工程全国委员会主任。

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