鈣鈦礦膠體量子點 (Pe-CQD) 是非常有前途的光電應用納米晶體。然而,理想情況下,晶體的大小應該相等,以確保一致的能量景觀。在最近的一項研究中,科學家闡明了粒徑差異(多分散性)與 Pe-CQD 的光電特性之間的關系。他們表明,使用相同大小或“單分散”的量子點可顯著提高 Pe-CQD 太陽能電池的性能,為未來的光電器件鋪平道路。

使用相同大小或“單分散”的量子點可顯著提高 Pe-CQD 太陽能電池的性能

量子點(QD) 是直徑只有幾納米的半導體粒子,由于其尺寸小,量子力學表現出獨特的光學和電子特性。隨著屏幕、照明、激光和能量收集方面現有和可預見的應用,量子點的研究一直在穩步推進。特別是膠體量子點 (CQDs) 十多年來一直是納米技術的焦點。


CQD 是半導體納米晶體,可以通過基于溶液的工藝輕松生產,這使得它們適合大規模生產。然而,為了讓基于 CQD 的設備以最佳狀態運行,量子點應該是單分散的——也就是說,它們都應該具有相同的尺寸。如果它們的大小不相等(多分散),則光電器件內的能量紊亂會增加,從而阻礙其性能。

使用相同大小或“單分散”的量子點可顯著提高 Pe-CQD 太陽能電池的性能

雖然存在一些策略來解決 CQD 中的多分散性,但在基于鈣鈦礦的 CQD (Pe-CQD) 中要避免這個問題更棘手,因為它需要使用抗溶劑進行純化步驟。這一步總是會導致納米粒子團聚,并最終導致量子點之間尺寸的巨大變化。


盡管生產高效太陽能電池可能需要生產純化良好的單分散 Pe-CQD,但沒有人仔細研究過多分散性與光伏(轉換)性能之間的關系。


為了填補這一知識空白,韓國大邱慶北科學技術研究所的 Younghoon Kim 博士和助理教授 Jongmin Choi 最近帶領一組科學家在ACS 能源快報(“Monodisperse Perovskite Colloidal Quantum Dots Enable High-Efficiency Photovoltaics”)。


研究人員使用一種稱為凝膠滲透色譜的技術,根據納米顆粒的尺寸“過濾”和分組,這已通過對其光學特性的多次測量以及透射電子顯微鏡進行證實。通過這種方法,他們設法獲得了具有不同多分散度的 Pe-CQD 懸浮液。


之后,他們使用這些懸浮液來制造太陽能電池,并證明了多分散性和性能之間的聯系。正如預期的那樣,由于其均勻的能量景觀,單分散懸浮液產生了更好的太陽能電池,這導致在最佳頻帶內有更高的光吸收。


使用單分散 Pe-CQD,我們的太陽能電池達到了 15.3% 的功率轉換效率和 1.27 V 的開路電壓。這些值是基于 CsPbI 3 的Pe-CQD 所報道的最高值,我們使用的鈣鈦礦, 金博士強調。


總體而言,這項研究是基于 Pe-CQD 的太陽能電池領域的墊腳石,其仍需要優于基于硅的同類產品才能保證商業化。


Pe-CQD太陽能電池的研究大約在四年前開始,因此需要進一步研究以提高器件性能和穩定性。盡管如此,我們使用單分散 Pe-CQD 最大限度地減少能量紊亂的方法為進一步開發它們在光電應用中的潛力鋪平了道路,Choi 博士總結道。


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