一种具有高功率转换效率的稳定钙钛矿量子点太阳能电池的制造方法

 
过去的研究强调钙钛矿材料在开发多种技术工具(包括光伏(PVs)和光电子学)方面的潜力。已发现固溶处理的有机-无机卤化铅钙钛矿材料特别有前途，特别是那些具有普通ABX配方的材料，其中A为有机阳离子，B为铅(Pb)或锡(Sn)，X为卤化物。
这些材料具有几种有利的光电特性，包括大的吸收系数，长的载流子扩散长度和低的激子离解能。最近发现，由这些材料制成的太阳能电池可实现功率转换效率(PCE)，该功率转换效率可与传统的由硅，碲化镉和硒化铜铟镓制成的太阳能电池相匹敌或超越。
尽管具有优势，但是由具有普通ABX配方的钙钛矿制成的太阳能电池仍具有许多局限性，包括快速降解。就稳定性而言，最有希望的基于钙钛矿的组合物之一CS1-xFAxPbI3导致太阳能电池表现出大的开路电压损耗，这迄今为止阻止了其大规模应用。
昆士兰大学，斯旺西大学和全球其他机构的研究人员最近提出了一项新战略，该战略可以使由CS1-xFAxPbI3制成的更可靠的太阳能电池的制造成为可能，从而有助于克服过去研究中报告的某些缺点。在《自然能源》上发表的一篇论文中提出的这一策略使CS1-xFAxPbI3材料的可控合成成为可能，迄今为止证明是非常具有挑战性的。
研究人员在论文中写道：“以量子点(QDs)形式混合的铯和甲ami鎓三碘化铅钙钛矿体系(CS1-xFAxPbI3)提供了通往稳定的基于钙钛矿的光伏和光电子学的途径。” “然而，合成具有高性能QD太阳能电池(QDSC)所需特性的多元QD仍然具有挑战性。”
研究人员从本质上提出了一种策略，该策略可用于合成混合阳离子CS1-xFAxPbI3材料并控制其某些特性，从而可用于制造具有高性能和稳定性的太阳能电池。在他们的实验中，这种策略使他们能够确定材料的特定版本，即Cs0.5FA0.5PbI3，其PCE为16.6%，滞后可以忽略不计。
该团队使用该材料创建了QD设备，并进行了一系列评估其性能的测试。值得注意的是，这些器件具有与薄膜材料相当的光稳定性，在600小时的持续一日光照射下仍可保持其原始PCE的94%。
“我们报告了一种有效的油酸(OA)配体辅助阳离子交换策略，该策略允许在整个组成范围(x = 0-1)内可控制地合成CS1-xFAxPbI3 QD，这在大晶粒多晶薄膜中是无法获得的”，研究人员在论文中写道。 “在富含OA的环境中，促进了阳离子的交叉交换，从而能够以降低的缺陷密度快速形成CS1-xFAxPbI3 QD。”
将来，由这组研究人员设计的OA配体辅助阳离子交换策略可以为制造新型的基于钙钛矿的高效太阳能电池和光电技术铺平道路，同时还具有很高的光稳定性和灵活性。他们的工作还可以激发其他研究人员设计类似的策略，从而实现其他溶液处理的有机-无机钙钛矿材料的合成。