JACS：复旦大学-量子点调控界面 提高钙钛矿太阳能电池的性能

【成果简介】

近年来，全球气候变化和环境污染问题越来越牵动着全人类的神经，如何保护人类生存的家园已经成为共识。发展清洁的可再生能源，尤其是太阳能光伏技术，是最具有前景的应对环境问题的方法之一。有机-无机杂化钙钛矿材料以其高效、低成本、优越的光电性能以及可溶液加工等优点，持续地吸引着人们的关注。

目前，以有机-无机杂化钙钛矿材料为基础的钙钛矿太阳能电池的效率已经超过20.1%。钙钛矿太阳能电池虽然取得了喜人的发展，但是在界面处载流子的损失依然严重，这限制了器件性能的提高，因此如何优化界面将是提高钙钛矿太阳能电池的一个重要方向。

传统的界面工程主要集中于电子抽取层的调控。而在本项工作中，复旦大学的郑耿峰教授和王忠胜教授（共同通讯作者）从空穴传输层与钙钛矿层界面入手，在空穴传输层与钙钛矿层之间引入MAPbBr3−xIx (MA = CH3NH3)量子点来调控平面型钙钛矿太阳能电池。当MAPbBr3−xIx量子点价带顶低于MAPbI3钙钛矿材料的价带顶时，会阻挡空穴从钙钛矿层向空穴传输层的传输，则电池的效率就会降低；相反，如果MAPbBr3−xIx量子点价带顶高于MAPbI3钙钛矿材料的价带顶，而低于空穴传输材料的价带顶时，空穴的传输会被极大地促进。所以，通过改变Br和I的比例，来调整MAPbBr3−xIx量子点的带隙，使其更好地与MAPbI3层和空穴传输层的能带相匹配，最终减少空穴在界面处的损失，更有利于空穴的抽取，从而改善了钙钛矿太阳能电池的填充因子，短路电流和转换效率。

【图文导读】

图1、(a−c)分别是MAPbBr3（a）, MAPbBr1.2I1.8（b）,和 MAPbBr0.9I2.1（c）量子点的TEM图片。（d）是激发波长为400nm的MAPbBr3−xIx量子点溶液的光致发光光谱

图2、（a）钙钛矿太阳能电池器件结构的示意图说明。（b）钙钛矿太阳能电池器件中各种材料的能级图，单位为电子伏特。（c）采用MAPbBr3−xIx量子点调控的钙钛矿太阳能电池制备过程图表说明。（d）器件的横截面SEM图。

图3、（a）J−V曲线。（b）采用MAPbBr3−xIx量子点作为界面调控材料后，钙钛矿太阳能电池的IPCE光谱。

图4、（a）通过IMVS测试不同组钙钛矿太阳能电池中的电子寿命。（b）光致发光光谱。（c）MAPbI3（对照组）和MAPbI3/MAPbBr0.9I2.1量子点钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光衰减曲线。（d）在模拟一个太阳强度和开路电压下，测试钙钛矿太阳能电池的电化学阻抗响应。

【总结】

这篇文章采用MAPbBr3−xIx量子点作为平面异质结钙钛矿太阳能电池的界面调控材料。其中， MAPbBr0.9I2.1量子点以其匹配的价带顶，极大促进了空穴从MAPbI3 钙钛矿层到空穴传输材料间的传输，而MAPbBr3 和 MAPbBr1.2I1.8量子点因其价带顶低于MAPbI3的价带顶，从而阻碍了空穴的传输。所以采用MAPbBr0.9I2.1量子点界面调控的钙钛矿太阳能电池改善了空穴的抽取，提高了器件的填充因子、短路电流和转换效率。这项工作为界面调控提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一条新的机制。

郑耿锋， 复旦大学教授、博士生导师。2000年复旦大学化学系本科毕业，2007年获得美国哈佛大学化学与化学生物系博士学位，2007—2010年在美国西北大学化学系从事博士后研究，2010 年起在复旦大学先进材料实验室和化学系担任教授与博导。目前已在国际著名学术期刊上发表论文100余篇，邀请专著章节 3部，论文的总他引次数 7000多次，其中单篇引用在 100次以上的有20篇。目前兼任J. Colloid and Interface Science杂志的编辑，J. Materials Chemistry A杂志的编委。

研究成果曾被美国国家广播电台、福布斯杂志、MSNBC，Science等多个新闻媒体和杂志报道。获得的荣誉包括：宝钢基金会优秀教师奖(2015)、上海市东方学者跟踪计划(2015)、上海市曙光计划(2015)、中国化学会青年化学奖(2014)、国家基金委优秀青年科学基金(2013)、复旦大学港爱赞助优异奖教金(2013)、上海市东方学者特聘教授(2012)、教育部新世纪优秀人才(2011)、上海市浦江人才(2010)、美国西北大学杰出科研人员奖(2009)、美国材料科学会博士生金奖(2006)、美国纳米医学会青年科学家奖(2006)、与美国哈佛大学优秀教学奖(2004)等。 目前主持科技部重大科学研究计划(973)课题、国家基金委优青、面上项目、上海市科委重点项目、教育部博士点基金、复旦大学卓识-卓学人才计划等课题。

王忠胜，毕业于北京大学化学与分子工程学院，获得理学博士学位。2001年9月至2003年3月在日本国立材料科学研究所（NIMS）任职特别研究员；2003年4月至2008年6月在日本国立产业技术综合研究所（AIST, Tsukuba）任职特别研究员；2008年6月加入复旦大学先进材料实验室，现为复旦大学化学系教授，博士生导师。

主要研究方向：分子基薄膜太阳能电池器件物理与化学、光电功能材料的设计与合成、以及自组装功能材料的光电化学和光催化性质研究。

学术研究成果：曾获得北京大学优秀博士论文奖（2003）、全国优秀博士论文提名奖（2003）、上海市浦江学者（2009）。1998年至今主要从事染料敏化纳米晶太阳能电池的研究与开发，在JACS, Adv. Mater., Angew. Chem., Adv. Funct. Mater., Energy Environ. Sci., Chem. Mater.等国际学术期刊上发表学术论文80余篇，其中70篇影响因子大于3.0，他引3500余次，第一或通讯作者论文他引2700余次，H指数29。（以上信息来自复旦大学官网）

文献链接：Enhancing Perovskite Solar Cell Performance by Interface Engineering Using CH3NH3PbBr0.9I2.1 Quantum Dots

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