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量子点材料工程助力量子点敏化太阳能电池效率突破13%

DOI：10.1039/D0TA03764H 期刊：Journal of Materials Chemistry A 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 量子点（QD）光捕获材料的内在电子结构和晶体质量是决定最终量子点敏化太阳能电池（QDSCs）光伏性能的主要因素。毫无疑问，开发合适的高质量量子点是提升QDSCs性能的关键途径。为降低陷阱态缺陷密度，在光捕获星形材料Zn-Cu-In-Se（ZCISe）合金量子点周围外延生长了带隙更宽的ZnSe壳层，形成I型核/壳结构ZCIS/ZnSe。通过这种量子点材料工程，QDSCs的平均功率转换效率（PCE）从原始CuInSe2的9.54%提升至合金化ZCISe的12.49%，并进一步达到核/壳结构ZCISe/ZnSe量子点的13.71%。在AM 1.5G标准太阳光照射下，ZCIS/ZnSe QDSCs获得了13.49%的认证PCE，该数值创造了QDSCs的新效率纪录。与ZCISe体系相比，ZCIS/ZnSe基QDSCs光伏性能的显著提升主要归因于陷阱态缺陷密度的降低，这有利于抑制光阳极/电解质界面的电荷复合，从而特别提升了光电压和填充因子。稳态光谱、二极管理想因子、瞬态吸收及电化学阻抗谱表征证实，所形成的I型核/壳结构能降低陷阱态缺陷密度、抑制电荷复合并改善电池的光伏性能。本工作展示了量子点材料工程在提升QDSCs光伏性能方面的巨大潜力。
作者： Huashang Rao，Mengsi Zhou，Zhenxiao Pan，Xinhua Zhong
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过构建高质量量子点（QD）光捕获材料来提升量子点敏化太阳能电池（QDSCs）的光伏性能，具体方法是形成I型核壳结构ZCISe/ZnSe量子点以降低陷阱态缺陷密度。

研究成果

I型核壳结构ZCISe/ZnSe量子点的形成显著降低了陷阱态缺陷密度，从而抑制了电荷复合并提升了量子点太阳能电池的光伏性能。该方法实现了13.49%的新纪录效率，展示了量子点材料工程在推进太阳能电池技术方面的潜力。

研究不足

该研究聚焦于量子点太阳能电池的材料工程方面，并未深入探讨电解质或对电极等其他组件的优化，而这些组件也可能显著影响太阳能电池的整体性能。

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