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利用阳离子交换法从ZnS纳米棒合成高度单分散的PbS量子点以实现高效红外太阳能电池

DOI：10.1002/adfm.201907379 期刊：Advanced Functional Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 利用低带隙胶体量子点（QDs）的红外太阳能电池是一种极具前景的器件，它通过将常规光伏材料捕获的光子范围扩展至红外区域来提升太阳能利用率。然而目前铅硫（PbS）量子点的合成方法尚无法制备高效红外太阳能电池。本研究开发了一种通过锌硫（ZnS）纳米棒（NRs）阳离子交换制备低带隙PbS量子点（0.65–1 eV）的通用方法：首先将ZnS纳米棒转化为每根棒内部分离PbS畴的超晶格结构；随后在阳离子交换过程中通过ZnS纳米棒溶解释放硫前驱体，从而促进PbS量子点的尺寸聚焦效应。该方法合成的PbS量子点具有单分散性高、尺寸易控、原位氯钝化、稳定性强及表面"洁净"等优势?；谡庑┎煌禤bS量子点，采用常规配体交换和器件结构制备红外太阳能电池，所有器件均展现出优异性能，证实了PbS量子点的高品质。其中使用≈0.95 eV PbS量子点制备的红外太阳能电池性能最佳，在AM 1.5太阳光照下效率达10.0%，经钙钛矿滤光后效率为4.2%，经硅滤光后效率为1.1%。
作者： Yong Xia，Sisi Liu，Kang Wang，Xiaokun Yang，Linyuan Lian，Zhiming Zhang，Jungang He，Guijie Liang，Song Wang，Manlin Tan，Haisheng Song，Daoli Zhang，Jianbo Gao，Jiang Tang，Matthew C. Beard，Jianbing Zhang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过从ZnS纳米棒（NRs）进行阳离子交换来开发低带隙PbS量子点（QDs）的新合成方法，用于高效红外太阳能电池。

研究成果

通过ZnS纳米棒阳离子交换法合成PbS量子点的新方法，可制备出单分散性高、尺寸易控、原位氯钝化且稳定性强的量子点?；诟昧孔拥愕暮焱馓裟艿绯匦阅苡乓欤贏M 1.5太阳光照下效率高达10.0%。这项研究为高效红外太阳能电池开辟了新途径。

研究不足

由于在高过饱和度下会发生显著生长，合成发射激子峰低于≈1100 nm的小尺寸PbS量子点存在困难。此外，红外太阳能电池的效率会随着带隙的减小而降低。

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