物质学院宁志军组研发出高效率反结构量子点太阳能电池模型
文章来源:SPST
发布日期:2018-01-19
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近日,在国家重点研发计划“高稳定性、全光谱、高效率太阳能电池材料探索和器件实现”项目的支持下,我校物质学院宁志军教授课题组利用硫化铅量子点为吸光材料,开发出高效反结构量子点太阳能电池模型。日前,该成果以“Highly Efficient Inverted Structural Quantum Dot Solar Cells”为题,在材料领域期刊《Advanced Materials》上在线发表。

量子点由于其宽光谱、禁带宽度可调、溶液可处理等优点,被广泛认为是一种优异的光电材料,目前量子点太阳能电池的最高效率达到了12%,但距理想的最高效率还有一定差距。相对于目前常用的正结构电池,反结构太阳能电池的耗尽层位于光照一边,可以进一步提高载流子收集效率。此外,高效反结构量子点太阳能电池的开发对叠层太阳能电池的开发也非常有用。但反结构量子点太阳能电池的效率一直比正结构相差甚远,一个重要的原因是目前尚未找到理想的空穴传输层和量子点活性层形成有效的异质结构。     

宁志军课题组在研究中利用碘配体的n型硫化铅量子点作为吸光层,选用p型氧化镍作为空穴传输层形成高效的异质结构,在光入射面形成了较厚的耗尽层,有效提高了载流子的抽取与传输。通过深层次的理论模拟分析,在空穴传输层与电子传输层之间加入乙二硫醇做配体的硫化铅量子点薄膜作为缓冲层,构造出掺杂浓度渐变型结构,界面的载流子复合被有效抑制,效率进一步提高到了9.7%。

高效反式结构对量子点太阳能电池的工作机制的理解有重要意义,并为高效量子点太阳能电池的开发开辟了一条新的途径。此外,反式结构是太阳能电池中一种通用的结构,高效反式结构为量子点电池和其它电池叠层制作全光谱太阳能电池提供了一个有效的策略,有望推动全光谱太阳能电池的发展。

该论文第一作者为物质学院2013级博士研究生王瑞丽,2014级本科生吴勋与2016级硕士研究生徐凯敏为共同第一作者,宁志军为通讯作者,上科大为第一完成单位。该研究还得到了上科大科研启动基金、中组部“青年千人”、国家自然科学基金和上海市科委的支持。


文章链接:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704882/full

掺杂浓度非渐变型(图a)和渐变型(图b)反结构量子点太阳能电池示意图;

太阳能电池电流-电压曲线图(图c);

掺杂浓度渐变型太阳能电池单色光转换效率曲线和积分电流曲线(图e);

非渐变型(图d)和渐变型(图f)太阳能电池效率统计图。