北航張曉亮AM：效率超18%！原位DICC補償助力CsxFA???PbI?鈣鈦量子點太陽能電池性能飛躍

發表時間：2025-06-23 14:04

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主要內容

北京航空航天大學張曉亮教授與孫志梅教授團隊針對銫-甲脒基碘化鉛鈣鈦礦量子點（CsxFA???PbI? PQDs）在高效光伏應用中的表面缺陷問題，提出了一種原位雙離子電荷補償策略（DICC），實現了18.17%的創紀錄光電轉換效率（PCE），并揭示了其性能提升的微觀機制。

研究背景與挑戰
CsxFA???PbI? PQDs因其高光吸收系數和可溶液加工性，被視為下一代光伏材料的候選者。然而，傳統合成中極性反溶劑引發的表面配體脫落，導致量子點表面形成大量碘空位和有機陽離子空位，誘發嚴重的非輻射復合損失和相穩定性問題，限制了其光電性能。

創新策略與機理
團隊通過雙分子親核取代反應（SN?），在非極性溶劑中同步生成雙離子配體Ph?P-I?和I??，并使其原位錨定于量子點表面缺陷位點。結合實驗表征（如XPS、PL、TRPL）與理論計算（DFT），證實DICC策略可實現：

1.缺陷精準修復：雙離子配體通過靜電相互作用填補空位，抑制離子遷移，顯著降低缺陷態密度（~85%）；

2.能帶結構優化：表面晶格重構后，量子點導帶底能級下移，與傳輸層能級匹配更優，促進載流子提??；

3.電子耦合增強：配體與量子點界面形成強化學鍵，提升界面電荷轉移速率（~3倍）。

性能突破與應用前景
基于DICC-PQDs的太陽能電池在AM 1.5G光照下實現18.17%的PCE（認證效率17.9%），并展現出優異的濕度/熱穩定性（85% RH、60℃下1000小時保持初始效率的92%）。該策略為鈣鈦礦量子點的表面缺陷工程提供了普適性解決方案，可推廣至光電探測器、發光二極管等領域，助力高性能光電器件的產業化發展。