特种功能材料重点实验室

研究进展

武四新教授课题组在 Green .Chem.上发表关于“绿色”四元铜锌锡硫量子点敏化太阳能电池应用的研究

信息来源: 暂无 发布日期: 2015-12-31作者: 暂无 浏览次数:

量子点敏化太阳能电池(QDSC)具备高消光系数和多激子效应等优点,近年来被研究者广泛关注。该器件目前多采用二元量子点作为光敏化剂,受限于较窄的吸光范围和单一的能带结构,电池性能很难进一步提升。三元、四元量子点能级结构连续可调,在通过尺寸调控的同时,也可以通过改变元素比例实现。受“optical bowing”作用影响,三元和四元敏化剂具备较二元组分更好的光电性能。

元素含量丰富的铜锌锡硫(CZTS)是优良的直接带隙半导体材料,但其作为敏化剂应用于量子点太阳电池的工作还未有报道。这主要是因为合成小尺寸四元CZTS量子点需要十二硫醇(DDT)做为配体,通过形成键合能力强的金属-硫键包裹在量子点表面以抑制量子点进一步生长。传统的强配体取代弱配体的方法不适用于用巯基乙酸取代DDT。如何解决铜锌锡硫的合成和交换吸附问题,是实现其在QDSC中应用的关键。

武四新教授课题组基于前期研究成果,开发了类DDT结构的巯基乙酸正辛酯作为配体和硫源,合成小尺寸CZTS量子点,在碱性条件下直接水解为正辛醇和巯基乙酸,解决了四元量子点的交换吸附问题。结果表明,四元量子点太阳电池显著拓宽了器件吸光范围,水解过程中长链有机配体的移除是电荷分离传输得到改善。最终在未经任何修饰的情况下,制备得到的水溶性量子点获得了3.29%的电池效率,相关工作发表在Green .Chem. 2015, 17, 4377-4382