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研究进展

研究进展

武四新教授课题组在Inorganic Chemistry上发表小尺寸CZTSSe QDs合成及在QDSCs中应用的研究成果

来源: 河南大学材料学院    日期:2019-11-22   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。该器件最初多采用二元量子点为敏化剂,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。而三元、四元等多组分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,多组分材料具备较二元组分更好的光电性能,同时也受到了广大研究者们的青睐。

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却很少有人报道。2015年和2016年,武四新教授课题组分别采用配体水解法和阳离子交换表面功能化的方式制备了CZTS及其核壳结构QDs。但受限于量子点较窄的光响应范围和材料本身存在的较多不良缺陷,取得的效率与其他高效敏化剂相比并不理想。因此如何拓宽铜锌锡硫的吸光范围及降低电子复合,是实现其在QDSC中应用的关键。

基于前期研究成果,武四新教授课题组采用阴-阳离子前驱体溶液在高温时同时注入的方式,并且借助NaHB4的强还原性,合成了油胺包覆的小尺寸的CZTS QDs。同时,采用原子半径更大的Se原子部分取代S原子,设计合成了带隙可调的CZTSSe QDs。结果表明,Se元素的掺入使得量子点的吸光范围由~850 nm增至~950 nm,有效拓宽了光谱响应范围,进而导致了短路电流的提升,获得了3.54%的电池效率,相关工作发表在Inorg. Chem. 2019, 58, 13285-13292.

                                                           图一 阴-阳离子前驱体溶液高温热注入法合成小尺寸CZTSSe QDs

                                                                       图二 CZTSSe QDs吸光范围改善及能带结构示意图

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