用于大面積可印刷量子點太陽能電池的油墨穩(wěn)定技術。
膠體量子點（CQDs）結(jié)合了晶體半導體和溶液加工的優(yōu)點，為各種應用提供了多功能平臺。帶有離子配位的CQD墨水有望通過單步沉積導電半導體薄膜，推動低成本、大面積太陽能電池的打印技術。然而，配有短鏈離子配體的CQD在膠體穩(wěn)定性差，導致CQD融合和聚集，從而在CQD薄膜中產(chǎn)生形貌缺陷和活性陷阱，這限制了鉛硫化物（PbS）CQD太陽能電池的效率，并妨礙了其從實驗室規(guī)模到太陽能模塊生產(chǎn)的放大應用。目前，超過10 cm2面積的PbS CQD模塊的最高報告功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）約為1%，遠低于小面積（<0.1 cm2）實驗室設備的認證效率（超過12%），并低于商業(yè)化可行性所需的門檻。此外，傳統(tǒng)的CQD墨水制備方法，如熱注入和配體交換，成本較高，限制了成本效益較高的大規(guī)模生產(chǎn)。
在此，蘇州大學功能納米與軟物質(zhì)研究院馬萬里教授、劉澤柯教授聯(lián)合日本電氣通信大學Qing Shen、東京大學Hiroshi Segawa開發(fā)了一種策略，通過低成本的直接合成方法工程化鉛硫化物（PbS）CQD墨水的溶液化學。通過在弱配位溶劑中創(chuàng)造富碘環(huán)境，作者將碘鉛化物轉(zhuǎn)化為具有功能性的陰離子，這些陰離子凝聚成堅固的表面外殼。完全電荷化的靜電表面層有效防止了CQDs的聚集和外延融合，從而獲得了穩(wěn)定的墨水。通過消除融合引起的帶間態(tài)，作者打印出了具有三維均勻性、平坦能量景觀和改善載流子傳輸?shù)木o湊型CQD薄膜。作者在0.04 cm2的電池上實現(xiàn)了認證效率13.40%，并通過擴大活性區(qū)域300倍，成功放大到12.60 cm2的模塊，認證效率為10%。相關成果以“Overcoming efficiency and cost barriers for large-area quantum dot photovoltaics through stable ink engineering”為題發(fā)表在《Nature Energy》上，第一作者為史國鉦, 丁小波為共同一作。
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